생명현상과 효소는 밀접한 관련이 있습니다. 효소의 특성과 작용에 대해 알아보도록 하겠습니다.
효소의 특성이란?
우리 몸 안에는 약 3000종의 많은 효소가 있는데 효소는 생물체 내에서 일어나는 여러 화학반응의 촉매작용을 하는 물질로서 단백질로 구성되어 있습니다. 효소는 하나하나의 효소마다 특이성을 갖기 때문에 한 가지 효소는 한 가지 반응만을 촉매할 수 있습니다. 즉 아무 반응에나 촉매작용을 하는 것이 아닙니다.
단세포생물인 미생물에서부터 고등 동물과 식물, 인간에 이르기까지 모든 살아있는 생명체 안에서 생명의 유지에 필수적인 존재로 다당류인 녹말의 분해, 이당류인 유당의 분해 및 포도당을 세포 안으로 끌어들이기 등 많은 일을 수행합니다. 또한 세포 안에서 발생하는 다양한 생화학 반응마다 작용하게 됩니다.
화학 촉매에 의한 반응은 다수가 높은 압력과 온도에서 일어나거나 매우 낮거나 높은 pH 상태에서 일어나지만 효소는 35~45도 정도에서 잘 작용하고 온도가 너무 높거나 낮으면 그 기능을 잃게 됩니다. 또한 화학 촉매제보다 생성물과 생성물의 전구물질인 기질에 대한 특이한 성질이 높게 나타나고 그래서 효소에 의한 반응은 거의 부차적 산물을 만들지 않습니다.
효소의 작용과 저해
효소의 주성분은 단백질입니다. 단백질은 온도가 높아지면 구조가 변화되어 그 기능을 잃어버리게 되므로 마찬가지로 효소도 약 40도 이상이면 빠르게 반응에 대한 속도가 떨어지게 됩니다.
또한 단백질을 변형시키는 여러 가지 요인으로는 유기용매, 열 등이 있고 따라서 일반적으로 30~40도에서 그 작용이 최대가 되는데 그때의 온도를 최적온도라고 합니다.
또한 효소활성은 pH에 따라 크게 달라지는데 보통 가장 알맞은 최적의 pH는 7~8 사이 입니다. 하지만 펩신처럼 강한 산성에서도 활발하게 작용하는 효소도 있습니다.
대표적은 작용으로는 보통 활성화 에너지가 높으면 생화학적 반응이 더디게 일어나는데 효소는 이런 활성화 에너지를 낮추어 생물체 안의 화학반응을 촉진시킵니다. 또한 효소가 기질과 결합해서 기질이 반응하기 쉽게 도와주기 때문에 효소가 반응에 필요한 활성화 에너지를 낮춰주는 역할도 합니다.
효소는 신체 안에서 일어나는 반응을 촉진시키거나 저해시키는 생체촉매입니다. 기질은 효소에 비하면 작은 분자이므로 효소 분자의 특정한 부분에 결합하고 아무 반응이나 촉매하는 것이 아니라 특정 기질에만 작용하는데 이 성질을 기질특이성이라 부릅니다. 이러한 기질특이성을 갖는 이유는 효소의 활성부위의 입체구조가 기질의 입체구조와 알맞을 때만 결합하기 때문입니다.
효소의 결합 부분에 기질과 유사한 구조의 물질이 결합하면 원래의 기질과 결합할 수 없어서 효소의 작용은 저해를 받게 됩니다. 이렇게 효소의 촉매작용을 저해하는 물질을 저해제라고 하며 저해의 종류로는 가역적 저해와 비가역적 저해가 있습니다.
가역적 저해란 기질과 매우 유사한 구조인 물질로 효소와 결합하여 효소의 작용을 저해하는 현상으로 경쟁억제와 비경쟁억제가 있고, 비가역적 저해란 저해제가 기질과 매우 단단하게 합체하여 효소가 반응할 수 없게 되는 현상을 말합니다.
촉매하는 화학반응의 종류
1961년 국제효소위원회는 효소가 촉매하는 화학반응의 종류에 따라 6군으로 분류하였습니다.
전자나 수소를 기질에 제거하거나 첨가하는 산화환원효소, 기질 내에 원자단을 전이시키는 전이효소, 생체 내의 가수분해 반응을 촉매하여 물질을 저분자 물질로 만드는 가수분해효소, 기질을 분해하는 분해효소, 기질 분자 안에서의 원자 배열 변화에 관여하는 이성질화효소, ATP를 이용한 물질의 합성에 관여하는 합성효소가 있습니다.
반응속도에 영향을 미치는 요인
기질의 농도가 증가하면 기질 분자와 효소 분자가 서로 부딪칠 확률이 높아져 반응속도가 증가합니다. 하지만 효소의 활성자리가 모두 결합이 되면 반응속도는 더 이상 증가하지 않습니다.
효소 포화상태의 반응속도는 각각의 반응이 발생하는 데 걸리는 시간에 의해 결정되며 효소의 증가 없이 기질만 증가하는 경우에는 전체 반응속도에 영향을 주지 않습니다.
온도는 사람의 체온과 비슷한 35도의 최적온도에서 가장 잘 작용하며 그 이상으로 넘어서면 속도가 급격하게 감소하는 것을 알 수 있습니다. 생체 내의 반응에서 과도한 열은 단백질을 변형시켜 효소의 구조를 변성시키기 때문에 반응속도가 급격하게 감소합니다. 이유는 효소단백질의 입체구조가 변형되어 효소로서의 기능을 잃어버리기 때문입니다.
각각의 효소에 적당하지 않은 수소이온농도는 단백질의 입체구조를 변화시켜 반응속도를 떨어뜨립니다. 효소 기능은 수소이온농도에 따라 큰 차이가 나타나는데 그 이유는 단백질의 구조가 수소이온농도에 따라 달라지며 효소의 작용은 단백질이 특정 구조를 유지하고 있을 때만 가능하기 때문입니다.
효소와 생명
효소는 단순하게 촉매 기능 이외에 단백질의 기능 조절 및 생명 활동의 조절에도 관여하며 생명 활동을 유지하는 각종 화학반응에 모두 관여합니다. 각종 화학반응이란 에너지의 공급과 물질의 합성 및 분해 등을 일컫습니다. 또한 효소의 조절 기능은 기본적으로 알로스테릭효과에 의해서 촉진되거나 억제됩니다.