多くの化学反応の速度は基質の濃度が増加するにつれて増加します。単一基質の不可逆酵素反応において、基質濃度が増加すると酵素反応の速度が増加し、最大値に近づきます。

ミカエリス・メンテンの方程式

酵素反応に対する基質の飽和に基づいて、ドイツの生化学者レオノール・ミカエリスとカナダの医師マウド・メンテンによって「中間生成物」の理論が提唱されました：酵素（E）が基質（S）に結合して不安定な中間生成物または複合体（ES）を形成し、その後生成物（P）と遊離酵素（E）を生成します。

反応速度と基質濃度の関係は、理論から導かれたものであり、すなわちミカエリス・メンテンの方程式です：
ν = d[P]/dt = V_max[S]/(Km+[S])

これは、酵素反応の速度に影響を与えるさまざまな要因の基本的な動力学を研究するための方程式です。この方程式において、vは反応速度と酵素の活性を示します。[S]は基質濃度を表し、V_maxは最大反応速度を示し、Kmはミカエリス定数で、Km= (k_-1+k₂) / k₁です。ミカエリス定数の値は、酵素反応速度が最大反応速度の半分のときの基質濃度に等しいです。Kmは酵素の特性定数です。速度定数k_-1がk₂よりもはるかに大きい場合、Kmは複合体（ES）の解離定数に近くなります。したがって、Kmは酵素の基質に対する親和性を表します。高いKm値はEとSの間の親和性が弱いことを示し、低いKm値は強い親和性を示します。

酵素反応に対する基質の飽和

図1. 基質濃度と反応速度の関係を示す酵素反応のミカエリス・メンテン飽和曲線。

酵素濃度が一定のとき、異なる基質濃度と反応速度の関係は長方形双曲線です。基質濃度が低いとき、反応速度の増加は基質濃度の増加に比例します。その後、基質濃度が増加するにつれて、反応速度の増加は徐々に減少します。最終的に、基質濃度がある量に達すると、反応速度は最大に達し、基質濃度の増加に伴ってももはや増加しません。

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