효소의 종류와 특성

위에서 단백질을 분해하는 펩신은 강한 산성(pH 2)에서 가장 잘 일한다. 그런데 음식이 작은창자로 내려가면 이자액이 산을 중화하여 pH가 8쯤 되고, 펩신은 거의 일하지 않는다. 대신 트립신이 그 일을 이어받는다. 같은 단백질 분해 효소인데 왜 일하기 좋은 조건이 서로 다를까? 그리고 효소가 일을 잘하는 조건은 어떻게 찾을까?

효소 (0 펩신, 1 아밀레이스, 2 트립신)

pH

2.3.1효소의 특성

효소는 생물이 만드는 촉매로, 대부분 단백질이다. 효소는 반응의 활성화 에너지를 낮추어 체온에서도 반응이 빠르게 일어나게 하고, 반응 뒤에도 변하지 않아 되풀이하여 쓰인다. 그리고 효소마다 활성 부위의 모양이 정해져 있어 특정한 기질에만 작용한다. 이를 기질 특이성이라 한다.

pH가 바뀌면 활성 부위에 있는 아미노산의 −COOH와 −NH₂가 H⁺를 얻거나 잃어 전하가 달라진다. 그러면 기질과 끌어당기는 힘이 바뀌어 기질이 잘 붙지 못한다. 펩신은 위의 산성 환경에서, 트립신은 작은창자의 약한 염기성 환경에서 활성 부위의 전하가 알맞게 맞추어지도록 진화했다. 그림 1에서 효소와 pH를 바꾸어 보자. 같은 pH 7에서 아밀레이스는 활발하지만 펩신은 거의 일하지 않는다.

2.3.2효소의 종류와 보조 인자

효소는 촉매하는 반응의 종류에 따라 산화 환원 효소, 전이 효소, 가수 분해 효소, 제거 부가 효소, 이성질화 효소, 연결 효소의 여섯 무리로 나눈다. 소화 효소는 대부분 물을 넣어 큰 분자를 자르는 가수 분해 효소이다. 그리고 많은 효소는 단백질 부분만으로는 일하지 못하고 금속 이온이나 비타민에서 온 작은 분자의 도움을 받는다. 이를 보조 인자라 하며, 유기물인 보조 인자를 조효소라 한다.¹

2.3.3예제 풀이

조작 변인은 온도이고, 통제 변인은 녹말의 농도와 양, 침의 양, pH, 반응 시간이다. 종속 변인은 남은 녹말의 양, 곧 아이오딘 반응의 색 진하기이다. 대조군으로는 침 대신 같은 양의 물을 넣은 시험관을 각 온도에 두어, 녹말이 온도만으로 분해되지 않음을 확인한다.

결과는 37 °C 근처에서 청람색이 가장 옅고, 0 °C와 80 °C에서는 진하게 나온다. 그런데 두 경우의 까닭은 다르다. 0 °C의 시험관을 37 °C로 옮기면 다시 녹말이 분해되지만, 80 °C에서 변성된 효소는 식혀도 돌아오지 않는다. 즉 낮은 온도는 분자 운동을 느리게 할 뿐이고, 높은 온도는 효소의 구조를 망가뜨린다.

아래 탐구 카드에서 효소가 가장 잘 일하는 조건을 실험으로 찾고, 수천 가지 효소를 나누는 방법을 정리해 보자.

1. 비타민 B군의 상당수는 조효소의 재료이다. 예를 들어 비타민 B3(나이아신)은 세포 호흡에서 전자를 나르는 NAD⁺를 만드는 데 쓰인다.