우리 몸에 필요한 효소는 무엇이 있을까

효소는 극미량으로 생체 내에서 일어나는 화학반응에 촉매 역할을 하는 일종의 생체 촉매이다. 신선한 과일, 채소, 어패류, 육류 등 여러 종류의 효소가 함유되어 있어 식품의 보존, 가공, 저장 중에 일어나는 변화에 영향을 준다.

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효소의 분류 및 명명

효소는 산화환원효소(oxidoreductase), 전이효소(transferase), 가수분해효소(hydroxylase), 제거효소(lyase), 이성화효소(isomerase), 합성효소(ligase) 여섯 가지로 분류하고, 각 효소명의 어미에 '-아제(-ase)'를 붙여서 부른다.

 

효소 종류	효소가 촉매 되는 반응
산화환원효소	산화반응, 수소첨가반응, 탈수소반응, 환원반원 등
전이효소	메틸기, 아세틸기, 글루코실기, 아미노기, 인산 등과 같은 원자단의 전이반응
가수분해효소	글루코시드 결합, 아미드 결합, 에스테르 결합, 펩티드 결합 등의 가수분해반응
제거효소	탈수반응, 탈알데히드 반응, 탈암모니아 반응, 탈탄산 반응과 같은 비가수분해적 이탈반응
이성화효소	입체이성화반응, 시스-트랜스 전환반응, 분자 내 산화환원 반응, 분자 내 전이반응 등
합성효소	-

 

효소는 일반적으로 관용적인 방법이나 상용적인 방법에 의해 명명된다. 효소를 발견했을 당시의 명칭을 그대로 사용하여 명명하는 것을 관용명이라고 하며, 프티알린, 펩신, 트립신, 파파인, 레닌 등이 해당한다. 상용명은 효소의 기질이나 기능에 따라 용어의 어미에 '-아제(-ase)'를 붙여서 명명하는 것을 말하며 맥아당(maltose)을 가수분해하는 말타아제(maltase), 단백질(protein)을 가수분해하는 프로테아제(protease), 가수분해(hydrolysis) 촉매 효소인 가수분해효소(hydroxylase) 등이 해당한다.

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효소의 화학적 특성과 효소반응

효소는 단백질로만 이루어진 단순단백질 효소와 단백질 외 보결분자단을 갖고 있는 복합단백질 효소가 있다. 복합단백질 효소는 단백질 부분인 아포효소(apoenzyme)와 비단백질 부분인 조효소(coenzyme) 또는 보결분자단(prosthetic group)으로 구성되어 있다. 단백질 부분과 비단백질 부분이 결합한 효소를 홀로효소(holoenzyme)라 하며, 완전한 효소의 활성을 나타낸다. 효소의 특이성을 결정하는 것은 아포효소이며, 아포효소는 열에 불안정한 것이 많은 반면 조효소는 분자량이 적고 열에 안정한 것이 많다. 조효소의 일부는 비타민에서 만들어지므로 신체에 필요한 비타민이 충분히 섭취되지 않으면 조효소가 만들어지지 않아 정상적인 작용이 되지 않는다.

효소(E) 반응에서 효소가 작용하는 반응물질을 기질(S)이라고 하며, 효소는 기질과 반응해 효소-기질 복합체(ES)를 만든다. 기질에 꼭 들어맞는 효소의 부분을 활성 부위(active site)라고 하고 효소의 활성부위와 기질의 형태가 일치해야 효소-기질 복합체(ES)를 만들 수 있다.

 

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효소 반응의 특이성

대부분의 효소는 한 종류의 기질, 한 종류의 반응에만 작용하는 절대적 특이성(absolute specificity)을 보이지만, 일부 효소는 같은 형태의 기능기를 갖는 기질에 대해 공통적으로 작용하는 상대적 특이성(relative specificity)을 나타내어 기질의 종류에 따라 반응 속도가 다르다. 상대적 특이성을 보이는 대표적 효소로는 리파아제가 있으며, 리파아제는 지방의 에스테르 결합을 우선적으로 분해하고 다른 에스테르 결합은 서서히 분해한다.

 

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효소 작용에 영향을 주는 요인

• 온도

대부분의 효소는 30~40℃에서 최대 활성을 나타내며, 이 온도를 최적온도라고 한다. 최적온도보다 높거나 낮으면 효소의 활성이 낮아지고 일정온도 이상에서는 효소의 주 성분인 단백질이 변성되어 반응속도가 급격히 감소하고 활성을 잃어버린다. 대부분의 효소는 50℃ 이상에서 불활성화되므로 식품을 조리하거나 가공할 때 품질 저하를 일으키는 효소를 파괴하기 위해 가열처리하기도 한다. 과일 또는 채소를 가공할 때 아스코르브산(비타민C) 산화효소, 폴리페놀옥시다아제, 리폭시게나아제 등을 불활성화시키기 위해 데치기(블랜칭)을 하는 것도 그러한 이유 때문인데, 데치기는 100℃에서 수분 간 가열처리하는 것으로 데치기를 하지 않을 경우 식품의 갈변, 아스코르브산의 파괴, 이취 생성 등으로 식품의 질이 떨어지게 된다.

 

• pH

효소의 작용은 일정 pH 범위에서 활성을 가지며 최대 활성을 나타내는 pH를 최적 pH라고 한다. 대부분의 효소는 pH4.5~8.0에서 최대 활성을 보이며 pH가 최적 pH보다 높거나 낮으면 효소 활성이 낮아진다. 일반적으로 효소는 강산이나 강알칼리에서 활성을 잃게 되지만 펩신(pepsin)과 아르기나아제(arginase)의 최적 pH는 각각 1~2, 10으로 강산이나 강알칼리에서 최대 활성을 나타낸다.

 

• 효소의 농도

기질이 충분할 때 효소의 농도가 높아지면 반응속도가 비례적으로 증가하고, 생성물도 직선적으로 증가한다.

 

• 기질의 농도

효소농도가 일정할 때 기질농도가 높아지면 반응속도가 직선적으로 증가한다. 기질농도가 높아지면 효소반응속도(V)가 증가해 최대속도(Vmax)에 도달하는데, 최대 효소반응속도의 ½이 되는 지점(½Vmax)에서 기질농도(Km)는 효소와 기질의 결합강도를 나타내며, 일반적으로 높은 Km 값은 결합이 약하다.

 

• 촉진제

효소 작용을 촉진시키기 위해 첨가되는 특정 물질을 효소의 촉진제 또는 활성제라고 한다. Na+, K+, Ca²+, Fe²+, Mg²+, Zn²+, Cu²+, Mn²+, Ni²+ 등과 같은 여러 금속이온은 효소의 작용을 촉진시키는 대표적인 촉진제이다. 폴리페놀옥시다아제의 작용은 Cu²+에 의해, 카르복실라아제의 작용은 Mg²+에 의해 촉진된다.

 

• 저해제

효소는 강산이나 강알칼리, 요소, 유기용매 등에 의해 변성되어 활성을 잃는데, 이때 효소의 활성을 잃게 만드는 물질을 저해제라고 한다. 효소와 가역적 또는 비가역적으로 결합하는 Ag+, Hg²+, Pb³+ 같은 중금속이온, 황화물, 아비산, 모노요오드 초산, 촉진제로 작용하는 금속이온과의 결합으로 활성을 저해시키는 킬레이트 시약 등도 있다.