세포생물학(8)-효소1

앞서 본 글리코시드 결합, 펩타이드 결합, 에스테르 결합, 인산 다이에스테르 결합 등의 공유결합을 만들고, 포도당을 분해해서 에너지를 생산하고 중성지방을 분해하고 분해된 지방산을 또 분해해서 에너지를 생산하는 등 다양한 생체내의 반응들은 모두 에너지를 필요로 하는 복잡한 경로를 통해서 진행이 된다. 생체 내의 반응들은 대부분 반응을 가속화시키는 촉매로서 효소를 필요로 하는데 이번엔 효소에 대해서 공부하고자 한다.

효소들에 대해서 살펴보기에 앞서 반응들을 간단하게 분류해보자면, 반응은 자유에너지 변화에 근거해서 에너지를 방출하는 발열반응과 에너지를 흡수하는 흡열 반응으로 나눌 수 있다. 보통 생체에서의 발열반응은 물질들을 분해하는 이화 작용으로 취급하고 이때 물질들에서 방출되는 에너지를 ATP 형태로 저장하는 게 특징이다. 흡열 반응은 물질들을 합성하는 동화작용으로 보고 공급받은 에너지를 통해 다양한 중합체를 합성하는 게 특징이다. ATP란 생체 내 많은 반응의 공통 에너지 매개자로서 리보오스 오탄당에 아데닌 염기가 붙어있고 5번 탄소에 세 개의 염기가 인산 안하이드라이드 결합의 형태를 갖고 있다. 인산 안하이드라이드 결합의 형태로 에너지를 저장하고 있다가 인산이 하나씩 떨어져 나갈 때 에너지를 방출한다.

이제 효소에 대해서 알아보자. 효소란 앞서 말했듯이 생체 내에서 일어나는 여러 가지 화학반응의 촉매 역할을 수행하는 단백질이다. 단백질로만 이루어져 있는 단순 단백질 효소와 단백질 외에도 다른 유기분자, 혹은 무기 분자와 작용하는 복합 단백질 효소가 있다. 복합 단백질 효소에서 단백질을 주효소라 부르고 비단백 물질을 보조인자라 부르는데 보조인자의 종류는 마그네슘 이온, 철 이온, 망간 이온 등의 무기 보조인자와 니아신, 리보플라빈 같은 유기 보조인자로 나뉜다. 만약 보조인자가 주효소와 공유결합을 한다면 보결 분자단이라 부르고, 그렇지 않다면 조효소라고 부른다.

효소의 작용 방식에 대해 살펴보자. 효소는 기질 결합 부위를 갖는데 기질 결합 부위를 이루는 아미노산들의 R기와 기질 분자 사이에 정전기적 결합 혹은 공유 결합을 형성해 맞물린다. 기질 결합 부위의 자리들은 기질을 삼차원적으로 인식하면서 기질 결합 부위와 정확하게 들어맞는 기질 특이성을 갖는다. 최근의 연구들을 보면 기질 결합 부위의 모양에 가벼운 변화가 일어나 기질과 더 잘 들어맞게 된다거나 혹은 기질 결합 부위의 구조가 기질과 산물의 중간 단계인 전이 상태의 물질과 맞는 모양을 취한다는 등의 이론들이 나오고 있다.