酵素を使う反応で、材料を二倍にしたのに速さが二倍にならない。だから酵素が働かなくなった、と決めるのは早すぎます。酵素が同時に相手にできる材料の量には限りがあり、材料が十分多くなると、さらに増やしても反応の初めの速さがあまり変わらなくなる場合があります。
酵素が働きかける材料を基質といいます。名称を知らなくても、グラフの横軸が「材料の濃度」、縦軸が「初めの一分間などに生じた量」であると読めれば、考察を進められます。最後にできた総量を測ったグラフとは区別します。
速さの頭打ちと、反応の停止は違う
反応速度が一定の高い値で頭打ちになるのは、反応が続いている状態です。速度がゼロになることではありません。例えば一分間に8mgずつ生成するなら、材料が残る間は生成物が増えていきます。グラフが水平という見た目だけで、物質量が増えていないと判断しないようにします。
この比較では、酵素の量、温度、液体の性質、測定開始後の短い時間をそろえます。長く待つと材料の消費や生成物の蓄積などの影響が入り、初めの速さだけの比較ではなくなります。初速度を測るという条件には、そのような変化を小さくする意味があります。
例題1 材料を増やした表を読む
同量の酵素を使い、基質濃度を1、2、4、8という相対値にしたとき、初めの反応速度が順に3、5、7、8mg/分でした。濃度を4から8にしたとき、速度は何倍ですか。また、全範囲で濃度と速度は比例していますか。
答え・解説： 8/7倍、約1.14倍です。全範囲では比例していません。濃度は二倍ですが速度は7から8へしか増えていません。最初の二点でも、濃度二倍に対して速度は3から5なので、ちょうど二倍ではありません。値の増加が小さくなっていることを、各行の差や比で説明できます。
酵素の働く場所が埋まるという模型
基質が少ないときは、酵素が相手を待つ時間があります。基質を増やすと出会う機会が増え、反応が速くなります。基質が十分に多いと、多くの酵素が次々に仕事をしているため、材料だけを増やしても大きく速くはなりません。ただし、実際の仕組みは酵素ごとに異なり、この単純な説明に合わない反応もあります。表に合う模型として読みます。
例題2 酵素の量を二倍にした実験
基質が十分多い条件で、酵素1単位では初速度8mg/分、酵素2単位では16mg/分でした。どちらも最初の30秒は同じ速度が続くとき、その間の生成量を求めてください。この結果から、反応が終わった後の総生成量も必ず二倍といえますか。
答え・解説： 順に4mg、8mgです。30秒は0.5分なので、それぞれの速度に0.5を掛けます。最後の総量が二倍とはいえません。初めに入れた基質の総量が同じで、最終的に同じ割合まで反応するなら、酵素を増やしても到達する量は同じになり得ます。酵素の量は到達する速さを変えた、と読むのがこの測定の範囲です。
温度実験の説明をそのまま使わない
高い温度で酵素の形が変わる場合と、基質が多くて速度が頭打ちになる場合は、原因が違います。横軸が基質濃度なのに「温度が高すぎたから」と書くと、実験していない条件を持ち込むことになります。反対に、温度が本当にそろっていなければ、基質だけの影響だとは断定できません。
表に8mg/分までしか載っていない場合、それが絶対の上限だと確定したとは限りません。さらに濃度を上げた測定がなければ、近くで少し増える可能性は残ります。「この範囲では増え方が小さくなった」と書く方が、観測の範囲に忠実です。
グラフの縦軸が生成量か生成速度か、測った時刻が初めか最後か。この二つを最初に囲みましょう。酵素の難しい名前を多く覚えるより、その区別ができる方が資料問題の根拠を正確に示せます。
二つのグラフを重ねて比べるとき
酵素量の異なる曲線を比べる場合は、基質濃度が同じ位置で縦の値を読みます。別々の横軸位置から最大値だけを拾うと、酵素量と材料量の両方を変えた比較になってしまいます。横軸の目盛りが等間隔の数値かどうかも確認し、紙上の距離だけで濃度の倍率を決めないようにします。
基質の濃度を変えるために水を加える操作では、酵素まで薄まっていないかが要点になります。基質だけを変えたいなら、酵素の濃度や総量をどのように一定に保ったかを実験文で読む必要があります。全体の液量が変わる場合は、速度が容器全体のmg/分なのか、1mL当たりなのかでも比較が変わります。同じ「反応が速い」という言葉でも、何の量を何で割った値かをそろえて説明します。
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