多くの化学反応の速度は、基質の濃度が増加することで上昇します。単一基質の不可逆的な酵素反応では、基質濃度が増加すると酵素反応速度も増加し、最大値に近づきます。

ミカエリス–メンテン方程式

基質の酵素反応に対する飽和に基づき、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モード・メンテンによって「中間生成物」説が提唱されました。酵素（E）は基質（S）と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）を生じます。

反応速度と基質濃度の関係はこの理論によって導かれ、すなわちミカエリス–メンテン方程式となります：
ν = d[P]/dt = V_max[S]/(Km+[S])

これは、酵素反応速度に影響を与える様々な要因の基本的な動態を研究するための方程式です。この方程式において、vは反応速度および酵素活性を示します。[S]は基質濃度、V_maxは最大反応速度、Kmはミカエリス定数であり、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になる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は酵素と基質の親和性を示します。Km値が高い場合、EとSの親和性が弱く、Km値が低い場合は親和性が強いことを示します。

基質の酵素反応に対する飽和

図1. 酵素反応におけるミカエリス–メンテン飽和曲線。基質濃度と反応速度の関係を示しています。

酵素濃度が一定の場合、異なる基質濃度と反応速度の関係は長方形双曲線となります。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、基質濃度の増加に伴い、反応速度の増加は徐々に減少します。最終的に、基質濃度がある程度まで増加すると、反応速度は最大に達し、それ以上基質濃度が増加しても反応速度は上昇しなくなります。

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