효소(enzyme)란 무엇인가

효소(enzyme)

 

효소란 각종 화학반응에서 자신은 변화하지 않으나 반응속도를 빠르게 하는 단백질을 말합니다. 즉, 단백질로 만들어진 촉매라고 할 수 있습니다.

1878년 독일의 생리학자인 퀴네(Wilhelm Kühne)에 의해서 효소가 발견된 이후, 1926년 미국의 생화학자인 섬너(Sumner, James Batcheller)가 누에콩에서 유레아제(Urease)라는 효소를 추출하여 결정화하는 데 성공했습니다. 이 사건은 효소가 단백질로 이루어졌다는 가설을 입증하는 첫 번째 사건이었습니다. 그 후로 많은 생화학자들이 효소의 구조를 파헤치기 시작했습니다. 그것은 바로 구조는 기능과 밀접한 관계를 지니고 있기 때문이었습니다. 생화학자들은 단백질에 대해서 연구할 때 ‘구조=기능’이다 라는 말을 하곤 했습니다. 즉, 구조를 알면 그 기능을 알 수 있다는 말입니다.

 

◎ 효소의 역할

생명체 내에서 일어나는 화학반응에는 크게 두 가지가 있습니다. 하나는 바로 동화 작용으로, 이는 생물체에 흡수된 물질을 화학적으로 변화시켜 생명 활동에 필요한 물질을 합성하는 과정을 말합니다. 대표적인 예로는 광합성이 있습니다. 그리고 다른 하나는 이화 작용입니다. 이화 작용은 각종 유기물을 호흡이나 발효 등을 통해 분해하여 생명 활동에 필요한 에너지를 방출하는 과정을 말합니다. 대표적인 예가 바로 세포 호흡입니다. 이와 같이 생물체 내에서 일어나는 물질의 변화, 즉 동화 작용과 이화 작용을 통틀어서 물질대사라고 합니다. 따라서 생물체가 살아간다는 것은 생물체 내에서 물질대사가 계속해서 일어나고 있다는 것을 의미합니다.

일반적으로 자연 상태에서 일어나는 화학 반응은 천천히 진행됩니다. 따라서 화학반응의 속도를 증가시키기 위해 온도나 압력을 높이거나 촉매를 넣어 주어야 합니다. 그러나 생명체 내에서 일어나는 화학반응은 온도나 압력을 높여 주지 않아도 매우 빠르고 정교하게 일어납니다. 생명체의 온도를 아주 높이거나 압력을 높이면 그 생명체는 불에 타거나 파괴되어 버립니다. 그럼 도대체 어떻게 해서 빠르고 정교한 물질 반응이 일어나는 것일까요? 정답은 바로 효소입니다. 효소는 생명체 내에서 촉매 역할을 하는 물질인데, 생명체 내에서만 합성이 되므로 생체 촉매라고 부르기도 합니다. 즉 효소는 생명체 내에서 일어나는 화학 반응을 촉진하는 역할을 합니다.

 

◎ 효소의 구조

효소를 구성하는 주성분은 단백질입니다. 섬너(Sumner, James Batcheller)가 처음으로 결정화한 유레아제는 순전히 단백질로만 되어 있는 효소였습니다. 그리고 소화를 공부할 때 자주 등장하는 아밀라아제나 펩신과 같은 효소도 단백질로만 되어 있습니다. 그러나 대부분의 효소는 단백질 성분 외에도 보조 인자라고 부르는 비단백질 성분의 도움을 받고 있습니다. 보조 인자는 보조적 역할을 하는 것이므로 있어도 되고 없어도 된다고 생각할 수도 있지만 사실 보조 인자는 그 효소의 기능에 아주 결정적인 역할을 하는 부분입니다. 이러한 보조 인자에는 아연, 구리, 망간, 마그네슘 등의 금속 이온과 조효소라고 부르는 비타민 B 복합체, NAD, FAD, NADP 등의 유기 분자가 있습니다. 참고로 보조인자에서 효소에 단단히 결합된 금속 원소를 보결족이라고 합니다.

효소의 큰 덩어리는 단백질 부분입니다. 그래서 효소에서 단백질 부분을 주효소라고 하고, 주효소와 보조인자가 결합하여 완전한 기능을 나타내는 효소를 전 효소라고 말합니다. 효소는 전 효소 상태일 때만 비로소 제 기능을 다할 수 있습니다. 또한 효소는 아주 큰 단백질 덩어리 상태인데, 이 모든 덩어리가 생체 반응을 촉진하는 것은 아니고 효소의 아주 특별한 부위에서만 촉매 작용이 일어납니다. 이 부위는 효소가 반응을 일으키는 물질인 기질과 결합하는 곳인데, 이를 활성부위라고 합니다.

 

◎ 효소의 종류

 

▶ 산화-환원 효소

산화-환원 반응에 관여하는 모든 효소

▶ 전이효소

어떤 분자에서 기능기(화학 반응에 동시에 관여하는 원자의 집단)를 떼어 내어 다른 분자에 옮겨 주는 효소

▶ 가수 분해 효소

고분자를 가수 분해하여 저분자로 만들어 주는 효소

▶ 부가효소

기질로부터 가수 분해에 의하지 않고 어떤 기(몇 개의 원자들의 집단)를 떼어 내어 기질 분자에 이중 결합을 남기거나 이중 결합에 어떤 기를 붙여 주는 효소

▶ 이성질화 효소

기질 분자의 분자식은 변화시키지 않고 그 분자의 구조를 바꾸는 데만 관여하는 효소

▶ 합성 효소

ATP 또는 이와 유사한 물질로부터 인산기를 떼어 내면서 그때 방출되는 에너지를 이용하여 어떤 두 물질을 결합시키는 효소