0. 목차
- 활성화 에너지(Activation Energy)
- 기질 특이성
- 효소의 구성
- 효소의 분류
- 효소의 활성 요인
- 저해제(Inhibitor)
1. 활성화 에너지(Activation Energy)
'활성화 에너지(Activation Energy)'란 어떤 물질이 화학 반응 일으키기 위해 필요한 에너지이다. 화학 반응이 일어나기 위해서는 반응물이 활성화 에너지 이상의 에너지를 가지고 있어야 한다. 반응의 속도를 올리고 반응을 일으킬 수 있는 분자 수를 낮추는 방법은 바로 활성화 에너지를 낮추는 것이다. 그리고 활성화에너지를 낮추는 역할을 하는 것이 바로 효소이다. '효소'는 반응물인 기질과 결합하여 물질대사를 빠르게 일어나게 하는 촉매 역할을 한다.
반응물보다 생성물의 에너지가 적은 경우 에너지가 방출되는 '발연 반응(이화 작용)'이 일어나고 반응물보다 생성물의 에너지가 많은 경우 에너지가 흡수되는 '흡열 반응(동화 작용)'이 일어난다.
2. 기질 특이성
효소는 기질과 결합하는 활성 부위를 가지고 있는데 효소의 활성 부위가 이베 구조가 맞는 특정 기질과 결합하면 효소-기질 복합체를 형성하게 된다. 그 결과 반응의 활성화 에너지가 낮아지게 되는 것이다. 이처럼 효소의 활성 부위는 이베 구조가 맞는 특정 기질에만 결합하여 작용하는데, 이러한 특성을 '기질 특이성(Substrate Specificity)'이라고 한다.
효소는 반응에서 소모되거나 변형되지 않아 반응 후 생성물과 분리된 효소는 다시 새로운 기질과 결합하여 반응에 이용된다. 예를 들면 '수크레이스(sucrase)'라는 효소는 설탕의 활성 부위에 결합하여 설탕은 분해하지만, 같은 이당류인 엿당의 활성 부위에는 결합하지 못해 엿당은 분해하지 못한다.
3. 효소의 구성
효소는 단백질 자체만으로도 활성을 나타내는 효소도 있지만 보조인자의 도움을 받아야 활성을 나타내는 효소도 있다. 단백질 부분을 주효소라하고 주효소와 비단백질 성분인 보조인자가 결합하여 활성을 나타내는 효소를 전효소라고 한다. 전효소는 단백질로 이루어져 있어 온도와 pH의 영향을 많이 받지만 보조인자는 단백질이 아니라 온도와 pH의 영향을 적게 받는다.
4. 효소의 분류
생물체에서 일어나는 물질대사가 다양한 만큼 효소 또한 종류가 다양하다. 효소는 반응의 종류에 따라 6가지로 분류할 수 있다.
- 산화 환원 효소(Oxidation-Reductase): 수소나 산소 원자 또는 전자를 다른 분자에게 전달
- 전이 효소(Transferase): 특정 기질의 작용기를 떼어 다른 분자에 전달
- 가수분해 효소(Hydrolase): 물 분자를 첨가해서 기질을 분해
- 제거 부가 효소(Lyase): 기질에서 작용기를 제거하여 이중결합을 형성하거나 기질에 작용기를 부가하여 단일 결합 형성
- 이성질화 효소(Isomerase): 기질 내의 원자 배열을 바꾸어 이성질체로 전환
- 연결 효소(Ligase): 에너지를 사용하여 2개의 기질을 연결
보조인자에는 조효소와 금속 이온이 있다. 조효소는 비타민 같은 유기 화합물로 반응이 끝나면 주효소로부터 분리된다. 조효소는 여러 주효소와 결합될 수 있다. NAD+, NADP+, FAD이 조효소의 대표적인 예다. 하지만 철, 구리, 아연, 마그네슘 같은 금속 이온은 보통 반응이 끝나도 주효소와 분리되지 않는다.
5. 효소의 활성 요인
효소마다 활성이 최대가 되는 최적 온도와 최적 pH가 존재한다. 효소가 관여하는 화학 반응에서는 최적온도까지는 효소와 기질이 더 빈번하게 충돌하여 반응이 빨라지지만 최적 온도를 넘어서면 효소의 활성 부위가 변성되어 반응 속도가 급격히 느려진다. 한번 변성된 효소는 온도를 낮추어도 기능을 하지 못한다. 마찬가지로 최적 pH를 벗어나면 반응 속도가 느려지고 일정 범위를 넘어서면 효소 활성 부위가 변성되어 반응 속도가 급격히 느려진다.
6. 저해제(Inhibitor)
효소와 결합하여 '효소-기질 복합체'의 형성을 방해하는 물질을 '저해제(Inhibitor)'라고 부른다. 저해제는 '경쟁적 저해제(A)'와 '비경쟁적 저해제(B)'로 나눌 수 있다. '경쟁적 저해제'는 저해제의 구조가 기질과 유사하여 효소의 활성부위와 결합하여, 효소를 기질과 결합하지 못하도록 방해한다. 반면 '비경쟁적 저해제'는 효소의 활성 부위가 아닌 다른 부위에 결합하여, 활성부위를 변형시켜 기질과 결합하지 못하도록 방해한다.
