생화학개론 | 효소

 

 

 

TIP

 

 

1. 효소의 성질
(1) 효소의 특이성
(2) 효소의 단위
(3) 효소의 반응특성

2 효소단백질의 형상
(1) 단량체 효소
(2) 소량체 효소
(3) 다효소 복합체

3 효소의 분류
(1) EC 1군 산화환원효소
(2) EC 2군 전이효소
(3) EC 3군 가수분해효소
(4) EC 4군 분해효소
(5) EC 5군 이성질화효소
(6) EC 6군 연결효소

4 효소에 의한 대사조절
(1) 효소량 조절
(2) 효소활성 조절

 

 

 

생세포에서 만들어지는 효소(enzyme)는 단순단백질, 복합단백질 또는 올리고머단백질 등으로 되어있다. 효소는 기질에 대하여 특이적으로 작용(기질특이성)하고 열역학적으로 가능한 특정 화학반응만을 수용액 중의 희박기질에 대하여 온화한 온도나 pH 조건에서 부산물을 생성하지 않고(작용특이성) 원활하게 촉매하는 생체촉매(biocatalyst)로 생물체의 생명 유지에 매우 중요한 역할을 한다.

 

 

효소의 성질

효소의 주성분은 단백질이며 단백질의 모든 특성을 나타낸다. 그러므로 대부분의 효소는 열, 강산, 강염기, 단백질 변성제 등에 의해 입체구조가 변화하여 비가역적으로 변성되면 촉매활성을 잃게 된다. 효소는 polypeptide만으로 되어 있거나 저분자화합물이나 금속이온과 같은 보조인자(cofactor)를 가진 단백질로 되어 있다. 단백질에 보조인자가 결합하여 완전한 촉매활성을 나타내는 효소를 완전효소(holoenzyme)라 하며 단백질 부분만을 Apoenzyme이라 한다.

 

Holoenzyme = Apoenzyme + Cofactor(Coenzyme)

 

보조인자에는 효소단백질과 공유결합 등으로 강하게 결합하고 있는 저분자의 유기화합물인 보결분자족(prosthetic group)과 효소단백질과 가역적, 비공유결합적으로 비교적 느슨하게 결합하고 있어 투석 등으로 해리하기 쉬운 저분자의 유기화합물인 보효소(coenzyme)가 있으며 그 외에 금속이온이 보조인자로 작용하는 것 등이 있다.

 

보효소는 대부분 수용성비타민의 유도체이다. 금속이온은 친핵성의 은폐, 친전자성 작용기의 활성화, 친핵성 작용기의 활성화, π-전자의 수용 또는 공여, 리간드(ligand) 재배치 등의 역할을 하는 것으로 알려져 있다. Table 2에 금속이온을 보인자로 필요로 하는 효소 몇가지를 나타내었다.

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(1) 효소의 특이성

효소는 기질에 대하여 촉매작용의 특이성(specificity)인 고도의 선택성을 나타낸다.

1) 작용특이성

하나의 효소는 하나의 화학반응 또는 유사한 일군의 화학반응에 대하여 촉매작용을 나타내며 부반응을 일으키지 않고 부산물도 만들지 않는다.

 

2) 기질특이성

효소의 반응부위와 기질은 상보적으로 결합하여 높은 특이성을 나타낸다. 즉 효소단백질의 입체구조, 활성중심의 특수한 구조, 기질분자의 입체배치 등에 의해 특정한 기질에만 작용하며 이에 따라 효소는 D-와 L-의 광학적 이성체까지도 구별하여 어느 한쪽에만 작용할 수 있게 된다.(열쇠와 자물쇠 설) 또 기질이 효소의 활성부위에 근접하면 활성부위의 입체구조가 변화하여 효소는 기질과 상보적인 복합체를 형성한다.(유도적합설). 그리고 유기화학적으로는 대칭인데 D-, L- 배위를 가지지 않는 기질(glycerol, ethanol, citric acid 등)에 효소가 작용할 때는 효소표면의 서로 다른 3장소 이상에서 비대칭적으로 작용하여 기질분자와 결합하고 효소는 기질분자의 작용기들이 만드는 분자 평면의 상하를 구별하여 반응한다.(Ogston설, Fig. 1 참조)

 

Fig. 1 Ogston설의 모형도

 

3) 입체화학적특이성(입체특이성)

효소는 입체이성체 기질의 어느 한쪽만의 반응을 촉매한다. 광학적특이성은 광학적 활성인 화합물 중에서 D-형, L-형의 어느 한쪽에만 효소가 작용하는 것이다. 예를 들면 aspartase는 L-aspartate에만 작용하여 탈아미노반응을 촉매하고 D-amino acid oxidase는 D-amino acid 만을 산화하여 α-keto acid를 생성한다.

 

기하적특이성은 cis-, trans-체의 어느 한쪽에만 작용하는 것이다. 예를 들면 fumarase는 trans 형인 fumaric acid에 물 분자를 부가하여 malic acid를 생성하는 반응을 촉매하지만 cis 형인 maleic acid에는 작용하지 않는다.

 

4) 군특이성

일군의 화합물을 기질로 하는 효소가 가지는 특이성을 말하는 것으로 일정한 형태의 결합양식이나 작용기에 대하여 선택적으로 작용하는 특이성이다. 이러한 효소에는 esterase, peptidase, lipase 등과 같은 가수분해효소나 acyl-CoA synthetase 등이 있다.

 

(2) 효소의 단위

1) 효소의 국제단위(unit)

효소가 최적조건하, 30℃에서 1분 당 1μmol의 기질을 생성물로 변환시키는데 필요한 효소의 양을 1 단위(1 IU = 1μmol·min^-1)라 한다. 또 신국제단위로서 katal(kat)도 이용되고 있으며 1 kat는 1초에 1mol의 기질을 변환하는 효소활성량을 말하며 1 kat = 6 x 10⁷IU이다. 효소의 농도는 1㎖ 중의 효소를 단위수로 표시한다.

 

2) 효소의 비활성(specific activity)

효소 1mg 당의 국제단위(IU)로 나타내며 신국제단위에서는 효소 1kg 당의 katal(kat)수로 나타낸다. 효소의 비활성은 효소제품의 순도를 나타내는 것으로 효소의 정제가 진행됨에 따라 비활성이 증가하고 최후에는 일정하게 된다.

 

3) 효소의 분자활성(mol 활성; molecular activity)

1분간에 효소 1분자가 생성물로 변환하는 기질분자의 수를 말한다. 효소의 초기농도를 [E]0라 하면 효소의 최대반응속도 Vmax = κ[E]0로 되며 κ가 분자활성에 해당한다. 즉 κ = Vmax/[E]0로 된다. Carbonate dehydratase의 분자활성은 κ = 10⁷분자/min으로 활성이 큰 효소라는 것을 나타내고 있다. 이전에는 대사회전수 또는 turnover number라 하였다.

 

4) 촉매중심활성(활성중심 활성: catalytic center activity)

효소분자의 활성중심 1개당 1분간에 생성물로 변환시키는 기질분자의 수를 말하며 활성중심이 여러개인 경우에는 분자활성을 활성중심의 수로 나눈 값을 말한다.

 

 

 

[단백질의작용]효소 레포트