酵素と基質の関係は？

酵素と基質は、多くの生物学的プロセスで頻繁に相互作用するため、2つの重要な方法で関連しています。 第一に、酵素と基質は互いに特異的であることが多く、それらが結合することを可能にする相補的な形状を持っています。 第二に、酵素は化学反応を触媒するか、構造を変更することにより基質を変化させることができます。 一緒になって、酵素基質（ES）複合体、中間状態、遷移状態などの変換が行われます。

人体には約75,000の酵素があると考えられており、その多くは特定の基質に特異的です。 酵素と基質は互いに結合して、水素結合、疎水性相互作用、共有結合などのさまざまな相互作用を通じて結合します。 各分子は他の分子との結合に応じて変化し、新しい3次元形状を形成するため、この最初の結合はロックアンドキーモデルではなく、誘導フィットモデルと呼ばれます。 一緒になって、酵素と基質はES複合体を構成し、その中で化学反応が起こる可能性があります。

触媒反応中に、酵素と基質が相互作用して新製品を生成します。 反応が完了した後も酵素は変化しませんが、基質はしばしば修飾され、時には完全に新しい分子に変化します。 酵素は変化しないままであるにもかかわらず、反応が進行するための活性化エネルギーを低下させるため、行われる化学反応において主要な役割を果たします。 これは、酵素と基質の化学的相互作用に存在するエネルギーが、反応のエネルギー障害を克服するのに十分であることを意味します。

反応全体を通して、酵素と基質は異なる段階を通過します。 中間段階または化学中間体として知られるこれらのいくつかは、新しい一時的な分子の形成を伴います。 酵素はこれらを安定化し、さらなる反応を触媒してこれらの分子を所望の生成物に変えることができます。

遷移状態は、酵素と基質の間で形成される他の複合体であり、非常に短命で高エネルギーです。 それらは、反応における結合の破壊、再編成、または再配列の瞬間に頻繁に発生します。 酵素は、結合を安定化することで遷移状態のエネルギーを減らすように構造化されることが多く、このエネルギーの減少が反応の活性化エネルギーを低下させることがよくあります。

多くの酵素基質ペアがありますが、多くの酵素は複数の基質に対応できます。 実際、2つの基質を1つの分子に結合したり、1つの基質を2つの生成物分子に分解したりするには、多くの酵素が必要です。 また、非特異的な酵素も多くあります。つまり、細胞内の条件に応じて、複数の基質を標的とすることができます。