在酵素動力學中，下列那一個參數最能夠反映出酵素的催化效能（catalytic efficiency ）？

本題觀念：

本題考查的是 酵素動力學 (Enzyme Kinetics) 中各個參數的定義與生理意義。核心概念在於區分描述「結合能力」、「最大速率」與「整體催化效率」的不同指標。

選項分析

• A. Vmax (最大反應速率)：

  • 錯誤。$V_{max}$ 代表在受質濃度飽和 ($[S] \gg K_m$) 時的反應速率。
  • 它的數值取決於 酵素的總濃度 ($[E]_t$) ($V_{max} = k_{cat} \times [E]_t$)。因此，它不是酵素本身的內在常數 (intrinsic property)，無法單獨用來比較不同酵素分子的催化能力，只要酵素加得夠多，$V_{max}$ 就可以很大。

• B. Km (米氏常數, Michaelis constant)：

  • 錯誤。$K_m$ 代表反應速率達到一半 $V_{max}$ 時所需的受質濃度。
  • 它主要反映酵素對受質的 親和力 (Affinity) (兩者大致成反比，雖不完全等同但密切相關)。$K_m$ 越小，親和力越高。但它只描述了「結合」的難易度，沒有描述結合後轉化為產物的「速度」。

• C. kcat (轉換數, Turnover number)：

  • 錯誤。$k_{cat}$ 代表在受質飽和的情況下，一個酵素分子在單位時間內能轉換多少受質分子 ($k_{cat} = V_{max} / [E]_t$)。
  • 它雖然描述了酵素的催化能力，但前提是「受質已經飽和」。在生理條件下，受質濃度通常遠低於飽和濃度，單看 $k_{cat}$ 無法反應酵素在低受質濃度下捕獲並催化受質的整體效率。

• D. kcat/Km (催化效率, Catalytic efficiency)：

  • 正確。這是評估酵素催化效能的最佳指標，又稱為 專一性常數 (Specificity constant)。
  • 理由：在生理情況下，受質濃度往往很低 ($[S] \ll K_m$)，此時反應速率主要取決於 $k_{cat}/K_m$。這個比值同時考慮了酵素與受質的 結合能力 ($K_m$) 和 催化轉換速率 ($k_{cat}$)。
  • 數值越高，代表酵素能在低濃度下更有效率地搶到受質並將其轉化，反映了整體的催化效能。當 $k_{cat}/K_m$ 接近擴散極限 ($10^8 \sim 10^9 M^{-1}s^{-1}$) 時，該酵素被稱為「完美酵素」。

答案解析

正確答案是 D (kcat/Km)。 因為 $k_{cat}/K_m$ 是唯一能同時整合「受質結合親和力」與「產物生成速率」的參數，它代表了雙分子反應 (E + S → E + P) 的二級速率常數，最能真實反映酵素在非飽和狀態下的催化效能。

核心知識點

考生應熟記以下酵素動力學參數的物理意義，這是國考生物化學的必考題：

1. $V_{max}$ (最大速率)：與酵素量成正比，非內在常數。
2. $K_m$ (親和力指標)：數值越小，親和力越大 (與受質結合越緊密)。
3. $k_{cat}$ (轉換數)：衡量酵素催化的「快慢」($V_{max}/[E]_t$)，單位是 $s^{-1}$。
4. $k_{cat}/K_m$ (催化效率)：衡量酵素的「整體效能」與「受質專一性」，單位是 $M^{-1}s^{-1}$。

參考資料

1. Enzyme Kinetics Parameters: Nelson, D. L., & Cox, M. M. Lehninger Principles of Biochemistry. (Standard Textbook definition of Catalytic Efficiency).
2. Catalytic efficiency and kcat/Km: Eisenthal, R., et al. (2007). Trends in Biotechnology. "The ratio kcat/KM... is a useful index for comparing the relative rates of an enzyme..."
3. 國立臺灣大學 酵素動力學講義: 酵素動力學基本概念 (確認台灣翻譯為「催化效能」或「專一性常數」)。