反応速度が遅いのは誰のせい?

化学反応の速度を決める要因と、酵素がどのように反応を加速するかを学ぶ。

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「まだ終わらない…」

透馬が時計を見た。

奏が覗き込む。「何の反応?」

「エステル化。もう3時間待ってる」

零が苦笑した。「反応速度は制御できないからね」

「制御できないの?」透馬が不満そうに言う。

「影響を与えることはできる。でも、基本的な速度は反応の性質で決まる」

奏がノートを開いた。「何が速度を決めるの?」

零がホワイトボードに書いた。「濃度、温度、触媒、そして反応機構」

「濃度は分かる。濃いほど速い」透馬が言った。

「衝突頻度が増えるから」零が説明した。

「温度は?」奏が聞く。

「高いほど速い。分子の運動が活発になる」

透馬が実験を温めようとした。「じゃあ、温度上げる」

「待て」零が止めた。「副反応が起きる可能性がある」

「副反応?」

「目的以外の反応。望ましくない生成物ができる」

奏がメモした。「じゃあ、適切な温度で我慢する?」

「そう。生化学反応は特に温度に敏感。酵素が変性する」

透馬が諦めた顔をした。「じゃあ、触媒は?」

「それが鍵」零が強調した。「触媒は反応速度を劇的に上げる」

「どれくらい?」

「酵素なら、100万倍とか10億倍とか」

奏が驚いた。「10億倍?」

「カタラーゼという酵素。過酸化水素の分解を、毎秒100万回以上触媒する」

透馬が興味を持った。「なんでそんなに速いの?」

零が図を描いた。「活性化エネルギーを下げるから」

「活性化エネルギー?」

「反応が起きるために必要な最小エネルギー。山を越えるようなもの」

奏が理解しようとした。「山?」

「反応物と生成物の間に、エネルギーの山がある。それを越えないと反応しない」

透馬が聞く。「触媒はその山を低くする?」

「正解。別の経路を提供して、山を迂回させる」

零が詳しく説明した。「酵素は基質を特異的に結合する。酵素-基質複合体を作る」

「複合体?」

「一時的な結合体。そこで反応が起きやすい環境が作られる」

奏がノートに描いた。「E + S → ES → E + P」

「完璧。Eが酵素、Sが基質、Pが生成物」

透馬が質問した。「酵素は消費されないの?」

「されない。だから触媒。何度も使える」

「便利だ」

零が続けた。「でも、酵素は基質特異性が高い」

「特異性?」

「特定の基質にしか働かない。鍵と鍵穴の関係」

奏が例を求めた。「例えば?」

「アミラーゼはデンプンを分解。でもタンパク質には働かない」

透馬が別の疑問を持った。「じゃあ、酵素がないとどうなる?」

「体温では反応が遅すぎる。消化も代謝もできない」

零が具体例を挙げた。「スクロースの加水分解。酵素なしだと、数年かかる」

「数年?」奏が驚く。

「でも、スクラーゼという酵素があれば、数秒」

透馬が感心した。「生命は酵素なしでは成り立たない」

「その通り。何千種類もの酵素が、体の中で働いてる」

奏が疑問を持った。「でも、酵素の速度も限界がある?」

零が頷いた。「ミカエリス・メンテン式。基質濃度が高くなると、速度が頭打ちになる」

「なんで?」

「酵素が飽和する。全ての酵素が基質と結合したら、それ以上は速くならない」

透馬が比喩を作った。「レジが全部埋まったら、客が増えても処理速度は変わらない?」

「良い例え」零が認めた。

奏が別の要因を思い出した。「阻害剤は?」

「反応を遅くする物質。競合阻害と非競合阻害がある」

「競合?」

「基質と競争して、酵素の活性部位に結合する」

零が続けた。「非競合阻害は、別の場所に結合して、酵素の形を変える」

透馬が実用例を聞いた。「薬も阻害剤?」

「多くの薬は酵素阻害剤。アスピリンはシクロオキシゲナーゼを阻害する」

「痛みを止めるやつ」

「そう。炎症を起こす物質の生成を抑える」

奏が感動した。「反応速度の制御が、薬になる」

零が頷いた。「生命現象の多くは、酵素の速度制御で成り立ってる」

透馬が自分の実験を見た。「じゃあ、この遅い反応は?」

「触媒がないから。自然な速度」

「酵素を加えたら?」

零が首を振った。「化学合成に適した酵素は少ない。工業的には金属触媒を使う」

奏が理解した。「生体反応は酵素、化学合成は金属触媒」

「大まかにはそう」

透馬が立ち上がった。「じゃあ、待つしかないのか」

「我慢」零が笑った。

「反応速度が遅いのは、誰のせいでもない」

奏が微笑んだ。「化学の法則のせい」

三人が笑った。反応は、自分のペースで進む。