효소의 작용과 기질 특이성

핵심 정리

효소는 반응에 필요한 활성화 에너지를 낮추어 반응 속도를 빠르게 하는 생체 촉매다. 효소가 반응을 촉진해도 생성물의 총량은 반응에 쓰일 기질의 양에 의해 제한된다. 효소 반응에서 효소에 결합해 반응하는 물질을 기질이라 하고, 기질이 결합하는 효소의 부위를 활성 부위라 한다. 효소는 특정 기질과 결합하는 기질 특이성을 가진다.

기질이 효소의 활성 부위에 결합하면 효소·기질 복합체가 만들어지고, 복합체에서 반응이 진행되어 생성물이 생긴다. 효소·기질 복합체는 반응이 진행되는 동안 일시적으로 존재하고, 반응 뒤 생성물이 만들어진다. 반응이 진행되어 기질이 소모되면 남은 기질의 양과 효소·기질 복합체의 농도는 감소할 수 있다.

기질 농도가 높아지면 효소·기질 복합체의 농도가 증가한다. 다만 결합하는 효소의 수는 효소 농도와 반응 조건에도 좌우되므로, 기질 농도 하나만으로 복합체의 양을 비교하지 않는다. 효소 활성은 pH에 따라 달라지며 각 효소는 최적 pH에서 가장 큰 활성을 나타낸다. 온도나 pH의 변화로 효소의 입체 구조가 바뀌면 기질 특이성과 활성도 달라질 수 있다.

자세히

효소 반응은 먼저 효소, 기질, 효소·기질 복합체, 생성물이 각각 무엇인지 구분하며 살펴본다. 기질은 효소와 결합해 반응하는 출발 물질이고, 생성물은 그 반응이 끝난 뒤 만들어진 물질이다. 효소의 활성 부위는 기질이 결합하고 반응이 일어나는 부분이다. 효소와 기질은 서로 맞는 구조를 바탕으로 결합하므로, 아무 기질이나 모든 효소에 결합하는 것은 아니다. 효소와 기질이 결합하면 효소·기질 복합체가 형성된다. 복합체는 반응 중간에 잠시 존재한다. 이 상태에서 기질이 화학적으로 변해 생성물이 만들어진다. 효소·기질 복합체에서 생성물이 만들어진다. 반응이 끝나면 생성물은 효소에서 떨어져 나올 수 있고, 효소는 다시 다른 기질과 반응할 수 있다. 효소 자체가 기질처럼 생성물로 바뀌는 것이 아니라 반응을 촉진하는 역할을 한다.

기질 특이성은 효소가 특정 기질과 결합해 작용한다는 성질이다. 활성 부위의 구조와 기질의 구조가 서로 맞아야 결합과 반응이 가능하다. 따라서 효소 이름이나 그림에서 물질의 모양을 볼 때에는 어떤 물질이 활성 부위에 결합하는지, 그 결합 뒤 어떤 반응이 진행되는지를 함께 확인해야 한다. 단순히 그림에서 효소 가까이에 있는 물질을 생성물이라고 단정하지 말고, 반응 전후의 위치와 결합 상태를 따져야 한다. 효소가 기질과 결합해 복합체를 형성한다는 사실은 반응 도식뿐 아니라 시간에 따른 농도 그래프에서도 확인할 수 있다. 반응 초기에는 효소와 기질이 만나 복합체가 만들어지고, 복합체에서 생성물 형성이 진행된다. 기질이 줄어드는 과정에서는 복합체의 농도도 달라질 수 있다. 기질이 소모되면 효소·기질 복합체의 농도가 감소한다.

기질 농도와 복합체 농도의 관계를 읽을 때에는 비교 조건을 함께 봐야 한다. 효소 농도와 반응 조건이 같다면 기질 농도가 높아질수록 효소와 기질이 만날 가능성이 커져 효소·기질 복합체의 농도가 증가한다. 그러나 효소의 양이 다르거나 pH 등 반응 조건이 달라지면, 기질 농도만 보고 복합체 농도의 대소를 정할 수 없다. 효소와 기질의 결합 수는 효소 농도와 반응 조건에 따라 달라진다. 두 실험의 효소 농도와 기질 농도가 주어졌다면 어느 조건이 다른지 하나씩 비교한다. 나머지 조건이 같게 유지되었는지도 확인한다. 효소 농도와 기질 농도를 혼동하면 효소·기질 복합체의 양을 잘못 판단하기 쉽다.

효소는 반응의 활성화 에너지를 낮추어 반응이 더 빠르게 일어나도록 한다. 효소가 있으면 활성화 에너지가 낮아져 반응 속도가 빨라진다. 이는 효소가 반응에 필요한 기질을 결합하고 반응이 진행되기 좋은 조건을 제공하기 때문이다. 효소가 반응을 촉진한다는 말은 주어진 기질을 생성물로 바꾸는 반응이 빨라진다는 뜻이지, 효소가 기질을 무한히 만들어 낸다는 뜻이 아니다. 효소는 기질과 결합해 반응을 촉진하며 생성물의 총량은 기질 양에 의해 제한된다. 따라서 시간이 지나면서 기질이 소모되는 자료에서는 기질 농도와 생성물 농도의 변화 방향을 각각 읽어야 한다. 생성물이 생기는 반응에서는 기질이 소모되어 남은 기질의 양이 줄어든다.