오늘은 반응의 활성화 에너지를 낮추는 효소의 특징 3가지에 대해 공부해 보도록 하겠습니다.
1. 효소는 반응의 활성화 에너지를 낮춘다
모든 촉매와 같이 효소도 반응을 시작하는데 필요한 에너지를 낮춤으로써 반응 속도에 영향을 줍니다. 효소는 화학반응을 시작하는데 필요한 활성화에너지를 크게 감소시킵니다. 활성화 장벽이 낮아져 분자들이 반응하는데 더 적은 에너지가 요구되면, 반응분자들 중 더 많은 부분이 한 순간에 반응하게 되기 때문에, 반응이 더 빨리 진행되게 됩니다.
효소가 반응의 활성화에너지를 낮추기는 하지만, 전체적인 자유에너지 변화에는 영향을 미치지 않습니다. 효소는 효소가 없어도 진행될 수 있는 화학반응을 다만 촉진할 수 있을 뿐입니다. 어떤 촉매도 열역학적으로 불리한 방향으로 반응을 진행시킬 수 없고, 반응이 평형을 향해 진행될 때 반응물과 생성물의 최종 농도에도 영향을 줄 수 없습니다. 효소는 단지 반응속도를 증가시킬 뿐입니다.
2. 효소들은 특이성이 있다.
효소들은 생명체내에서 일어나는 모든 화학반응을 촉매합니다. 효소의 활성부위의 모양과 기질의 모양 사이에는 밀접한 관계가 있으므로, 대부분의 효소들은 매우 특이적입니다. 대부분 효소는 단지 몇가지 서로 밀접하게 관련되어 있는 화학반응에만 촉매할 수 있거나, 또는 단지 하나의 특정한 반응만 촉매하게 됩니다. 효소 슈크라아제는 설탕만 분해시키고, 맥아당이나 젖당 같은 다른 이당류에는 작용하지 않게 됩니다. 어떤 효소는 특정한 종류의 화학결합을 갖는 기질에 특이적입니다. 예를 들면, 이자에서 분비되는 라파아제는 매우 다양한 지방산 글리세롤과 지방산들을 연결하고 있는 에스테르 결합을 분해하게 됩니다.
생물학자들이 인정한 효소의 6가지 분류균들을 보시면, 각각의 분류군들은 더 많은 아족으로 나누어지게 됩니다. 예를 들면, 슈크라아제는 글리코시드 결합을 끊기 때문에 글리코시다아제에 속하게 됩니다. 글리코시다아제는 가수분해 효소의 아족입니다. 가수분해에 의해 인산기를 제거하는 효소인 포스파타아제 또한 가수분해효소입니다. 기질로 인산기를 전달하는 효소인 인산화효소는 전달효소입니다.
3. 효소들은 최적상태에서 가장 효율적입니다.
일반적으로 효소들은 적당한온도, pH, 이온농도 같은 좁은 범위의 특정한 조건에서 일을 가장 잘 할 수 있습니다. 최적 조건들로부터 벗어나는 것은 효소활성에 부정적인 영향ㅇ르 미칩니다.
3-1. 효소는 최적의 온도를 갖습니다.
대부분 효소들은 최적의 온도를 가지게 됩니다. 최적 온도에서 반응속도가 가장 빠르게 됩니다. 사람이 가진 효소의 경우, 최적온도는 체온 근처입니다. 낮은 온도에서 효소 반응은 느리거나 전혀 일어나지 않게 되고, 온도가 증가함에 따라 분자운동이 증가하고, 결과적으로 더 많은 분자들의 충돌이 일어나게 됩니다. 그러므로, 대부분의 효소-조절 반응의 속도는 어떤 한도내에서 온도그 증가할수록 높아지게 됩니다.
고온은 대부분의 효소들을 빨리 변성시킵니다. 단백질의 2,3,4차 구조를 만들어내는 수소결합이 파괴되며 단백질의 임체형태가 변하게 됩니다. 이러한 불활성화는 보통 가역적이지 않기 때문에 효소가 다시 차가워진다고 해도 활성이 회복되지 않습니다. 대부분의 생명체들은 고온에 아주 짧은 시간 노출되더라도 효소가 변성하며, 물질대사를 계속할 수 없게 되어 죽게 됩니다.
3-2. 각각의 효소는 최적의 pH를 가집니다.
대부분 효소들은 단지 좁은 범위의 pH에서 활성이 있고, 최적pH를 가지게 됩니다. 최적 pH에서 반응속도는 가장 빠르고, 사람이 가진 대부분의 효소들의 최적 pH는 6~8사이가 됩니다. 완충용액이 세포내 pH변화를 최소화하고, 따라서 pH가 좁은 범위내에서 유지된다는 내용을 기억하시면 좋습니다. 위장벽 세포에 의해 분비되는 단백질 소화효소인 펩신은 예외적입니다. 매우 산성인 매직에서만 작용하며, 최적 pH는 2가 됩니다. 반대로 이자에서 분비되고, 단백질 분해하는 효소인 트립신은 소장에서 나타나는 약 염기성의 환경에서 최고의 기능을 발휘하게 됩니다. 효소의 활성은 효소의 전하를 변경시키는 pH의 변화에 의해 현저하게 변하게 됩니다. 전하의 변화는 3,4차 구조에 기여하는 이온결합에 영향을 미치고, 단백질의 입체형태와 활성을 변화시키게 됩니다. 대부분 효소들은 매질이 매우 산성이거나 매우 염기성일 때 불활성화 되고 보통은 비가역적으로 변성되게 됩니다.
오늘은 반응의 활성화 에너지를 낮추는 효소의 특징 3가지에 대해 공부해 보았습니다. 효소의 특징은 더욱 많지만 가장 대표적인 3가지를 정리해드렸으니 숙지하시기 바랍니다.
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