발효효소의 세계를 정립하며

발효효소의 세계를 정립하며

 

 

 

  

 

효소(enzyme)란? 생물체 내에서 각종 화학반응을 촉매 하는 단백질.

모든 화학반응은 반응물질 외에 미량의 촉매가 존재함으로써 반응 속도가 현저히 커지는데, 생물체 내에서도 모든 화학반응이 이 촉매에 의해 속도가 빨라진다. 다만 무기 반응의 촉매와는 달리 생물체 내의 촉매는 모두가 단백질이다. 따라서 생물체 내의 촉매를 특히 효소라고 부른다. 효소는 단백질이기 때문에 무기 촉매와는 달리 온도나 pH(수소이온농도)등 환경 요인에 의하여 기능이 크게 영향을 받는다. 즉, 모든 효소는 특정한 온도 범위 내에서 활성이 가장 크게 나타난다.

효소는 열에 불안정하여 60℃ 또는 그이상의 온도에서 불활성화 된다. 10℃ 이상에서 효소의 반응속도는 현저히 증가한다. 효소의 반응속도는 최적온도(optimum temperature)까지 10℃ 상승마다 약 2배씩 높아진다. 어떤 온도에서 효소반응이 최대로 되는 온도를 최적 온도라 한다. 대부분 인체 효소의 최적 온도는 37 - 38℃이다. 온도가 일정 범위를 넘으면 화학반응 속도는 커져도 단백질의 분자 구조가 변형을 일으켜 촉매 기능이 떨어지기 때문이다.

 

또 효소는 pH가 일정 범위를 넘으면 기능이 급격히 떨어진다. 이것은 단백질의 구조가 그 주변 용액의 pH의 변화에 따라 달라지고, 효소 작용은 특정 구조를 유지하고 있을 때에만 나타나기 때문이다. 효소는 아무 반응이나 비 선택적으로 촉매 하는 것이 아니고, 한 가지 효소는 한 가지 반응만을, 또는 극히 유사한 몇 가지 반응만을 선택적으로 촉매 하는 기질특이성을 가지고 있다. 단백질인 효소는 분자내에 전하를 띠고 있어 pH의 변화에 민감해서 효소에 대한 기질의 결합은 반응액의 pH에 의해 상당한 영향을 받는데 효소의 pH는 약 7.0정도이다. 효소반응은 일정한 pH 범위에서 일어나는 일이 많고, 그 중 활성이 최대로 되는 pH를 최적 pH(optimum pH)라 한다.

 

기질이란 효소에 의하여 반응 속도가 커지게 되는 물질, 즉 효소에 의하여 촉매작용을 받는 물질을 말한다. 효소에 이와 같이 기질특이성이 있는 것은 효소와 기질이 마치 자물쇠와 열쇠의 관계처럼 공간적 입체구조가 꼭 들어맞는 것끼리 결합하여, 그 결과 기질이 화학반응을 일으키기 때문이라고 해석하는 이론도 있다. 효소 가운데 비교적 잘 알려져 있는 것이 소화효소인데, 가령 침 속에 있는 프티알린(ptyalin)은 녹말만을 말토오스(일명 맥아당)로 분해하는 촉매작용을 가지고 있고, 또 위의 펩신(pepsin)은 단백질만을 부분 가수분해하는 기능을 가지고 있다. 

 

효소는 생체에서 일어나는 화학반응률을 증진시키는 생물학적 촉매제(catalyst)이다. 촉매반응에 관여하는 물질로는 구상단백질과 최근에 발견된 극소수의 리보핵산(RNA)이 있으나, 보통 효소라 함은 단백질 촉매제를 가리키고, RNA 촉매제는 리보자임(ribozyme)이라 부른다. 촉매제로서 효소는 반응 과정에서 소모되지 않으며 또한 반응의 평형점을 변화시키지 않는다. 즉 효소는 단순히 평형에 도달할 때까지만 반응률을 촉진한다. 효소와 작용하는 분자를 기질(substrate)이라고 한다.

 

이 많은 효소들을 구별하기 위하여 각 효소에 명칭을 붙이는데, 대체로 그 효소가 작용하는 기질의 명칭의 어미를 -아제(-ase)로 바꾸어 명명한다. 예를 들면, 말토오스(maltose:맥아당)를 분해하여 포도당으로 만드는 효소는 기질인 말토오스의 어미를 고쳐 말타아제로 한다. 또 때로는 효소가 관여하는 반응의 종류를 표시하면서 어미를 역시 -아제로 바꾸어 부르기도 한다. 예를 들어 수소이탈반응(dehydrogenation)에 관여하는 효소는 수소이탈효소(dehydrogenase)라고 부른다. 이 경우는 기질의 이름을 앞에 붙여 어떤 물질의 수소이탈반응을 촉진시키는 효소인가를 분명히 한다. 예를 들어 숙신산의 수소이탈반응을 촉진시키는 효소는 숙신산 수소이탈효소(succinic dehydrogenase)라고 부르는 것과 같다.

 

인체 내에서의 효소역할을 한 예를 들어 설명해 보면 손을 베었을 때, 그 상처는 세포가 파괴되었다는 뜻이다. 이 상처를 그대로 두면 피가 계속 흐르고 점점 악화되므로 출혈을 막고 파괴된 세포를 새로 만들지 않으면 안 된다. 이 때 체내의 효소가 모여들어 생화학반응(生化學反應)을 일으켜 출혈을 막고 세포를 새로 만든다. 만일 체내의 병균이 죽지 않고 화농(化膿)했다면 인체에 크게 해로운 고름을 만들어 심할 때는 독소가 피를 통해 온몸에 퍼지게 된다. 이 때 이곳으로 수억 개의 효소가 모여들어 모세혈관의 병소(病巢)나 고름을 분해하여 깨끗이 제거하고 혈액순환을 도와 백혈구로 하여금 병균을 잡아먹게 하며, 혈액속의 영양분으로 새로운 세포를 만듦으로써 상처를 아물게 한다.

 

즉 한시도 쉬지 않고 진행되는 모든 생화학반응이 효소를 매개로 하는 촉매작용에 의해 이루어지는 것이다. 뿐만 아니라 생각하고 판단하는 사고 작용이나 손과 발을 움직이는 동작까지도 효소 없이는 이루어지지 않는다. 내장활동, 근육활동, 신경활동, 뇌의 활동 등 효소는 인간생명의 모든 작용에 관여하기 때문에 우리는 효소 없이는 한시도 살아갈 수 없다.

이러한 효소는 단백질에 미네랄이나 유기산과 같은 활성기(活性基)가 결합된 형태의 수정과 같이 미세한 유기질(有機質)로서, 한 효소는 각기 하나의 반응에만 작용하는 특이성을 가지고 있다.