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효소enzyme 효소는 다른 화학촉매와는 달리 작용하는 기질의 범위가 매우 좁다.
2013-08-23 10:27:00
이엠생명과학연구원

효소의 연구

효소를 생명체로부터 추출·분리하여 이용할 수 있다는 사실을 실증한 것은, 1932년 A. 페양과 J.F. 페르
소의 디아스타아제 발견과 명명, 1933년 엿기름 추출액에 의한 전분의 당화(糖化), 1936년 T. 슈반의 펩
신의 발견 등 몇 가지 선구적 업적이 계기가 되었다. 이후 J.F. 리비히와 L. 파스퇴르의 생기논쟁(生氣論
爭), 그리고 1996년 E. 부흐너의 효모 추출액에 의한 알코올발효 성공을 정점으로 하여, 효소가 생체 대
사(代謝)의 단백질성 촉매라는 사실에 대한 이해가 깊어졌다. 1878년 W. 퀴네는 <효모(酵母) 속에 존재
하는 것>을 뜻하는 그리스어로 효소 Enzym이라는 이름을 부여하였다. 1926년 J.B. 섬너는 우레아제의
순수 결정분리에 성공하여 효소가 단백질임을 밝혔다. 뒤이어 여러 효소가 차례로 결정화되었고 초원심
분석법·전기영동법·X선회절법 등의 급속한 발달로 효소분자의 구조, 촉매기능·조절기능 등이 점차 밝혀
지게 되었다.

효소의 구조

효소단백질의 분자량은 약 1만에서 수백만에 이르지만 모두 1개의 폴리펩티드를 서브유닛으로 하는 집
합체이다. 생합성되는 효소단백질의 종류는 수천에서 수만이지만, 각 단백질의 구조와 성질의 차이는 우
선적으로 폴리펩티드를 구성하는 아미노산의 조성과 배열의 차이에 기인한다. 단백질의 1차구조는 DNA
의 유전정보에 따라 다르며 여기에 다시 서브유닛의 조합이나 보결인자(cofactor)의 유무와 종류에 의해
서도 영향을 받는다. 효소를 구성하는 단백질 부분을 아포효소, 아포효소에 보결인자가 결합한 것을 홀
로효소라고 한다. 보결인자 중에는 비타민 B, B, B 등과 ATP와 같은 유기물질도 포함되며, 이러한 것들
을 특히 조효소라고 한다. 이 밖에 K, Na, Cl, Ca²등의 이온을 요구하는 효소도 있다.

효소의 특이성

효소는 다른 화학촉매와는 달리 작용하는 기질의 범위가 매우 좁다. 예를 들어 염산에 의한 당의 가수분
해는 전분을 비롯한 각종 다당류·올리고당에 적용되지만, 전분을 기질로 하는 아밀라아제는 글리코겐이
나 크실란 등에는 작용하지 않는다. 또한 L-알라닌을 기질로 하는 알라닌탈수소효소는 D-알라닌에는 작
용하지 않는다. 이러한 특징을 효소의 기질특이성(基質特異性)이라고 한다. 효소는 기질과 반응에 대하
여 매우 엄격한 특이성을 나타낸다. 효소가 화학촉매와 다른 또 하나의 큰 특징은, 화학반응에서 보통 요
구되는 고온·가압, 강산성 또는 강염기성 pH 조건 대신 효소반응은 상온(常溫)·상압(常壓)·생리적 pH라
고 하는 온건한 조건 밑에서도 효율적으로 일어나며 반응의 활성화에너지도 극히 작다는 점이다.

효소의 존재양식

조성적(組成的)으로 볼 때 1개의 폴리펩티드만으로 이루어진 모노머효소, 여러 개의 동종(同種) 또는 이
종(異種) 서브유닛으로 구성되는 올리고머효소로 나누어진다. 한편 당(糖)·지질(脂質) 그 밖의 비단백질
성 분자가 공유결합된 복합단백질성 효소도 있다. 활성을 나타내기 위하여 조효소나 양이온·음이온을 요
구하는 것과 단백질만으로 충분한 효소도 있다. 생체에서는 대사과정에 따라 일련의 화학반응을 촉매하
는 효소들이 밀접하게 위치하여 군을 형성하는 다효소복합체(多酵素複合體)도 알려져 있다. 한편 불활성
의 전구체로 합성되어 필요에 따라 그 일부가 프로테아제에 의해 분해되어야 효소로서의 활성을 갖는 경
우도 있다.

효소와 생명

생명활동을 유지하는 각종 화학반응(물질의 합성·분해, 이동, 배출, 해독, 에너지의 공급 등)에는 모두 효
소가 관여한다. 또한 효소는 단순한 촉매기능 이외에 막단백질이나 근육 단백질의 기능조절 등 생명활동
의 조절에도 관여한다. 효소에의 조절기능은 기본적으로 알로스테릭효과에 의하여 억제 또는 촉진된
다. 오페론설을 발표한 J. 모노는 효소의 활성이 기질과 구조가 다른 물질에 의하여 조절된다는 의미로,
알로스테릭효과(allosteric effects)라고 하였다. 또한 이소류신·트립토판 등의 아미노산이 세포 안에서
필요 이상으로 생산되면, 그들의 생합성을 자동적으로 억제하는 구조가 작동하며 그 메커니즘의 연구로
부터 반응 첫 단계에 위치하는 효소의 활성이 반응 최종생성물에 의하여 억제되는 피드백저해구조가 밝
혀졌다.




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