효소 반응










상처를 과산화수소수로 소독할 때 거품이 나는 것은 피 속에 들어있는 \’카탈라아제\’라는 효소의 작용으로 과산화수소가 산소와 물로 분해되기 때문입니다. 효소는 온도에 따라 반응속도가 달라지며 대략 사람의 체온근처인 35℃ 정도에서 최대의 반응을 나타냅니다. 그리고 효소의 종류에 따라 가장 활발하게 활동할 수 있는 pH가 있다. 이 실험은 간조각과 이를 끓인 간 조각을 이용하여 열을 가했을 때 카탈라아제의 작용변화를 알아보고 동시에 산성, 중성, 염기성 용액에서 카탈라아제를 반응시켜 최적 pH를 알아보는 실험입니다. 카탈라아제의 활성은 간, 적혈구, 신장에 가장 활발하기 때문에 보통 카탈라아제 실험은 간 조각을 사용합니다.

간에 있는 카탈라아제는 2H2O2 → 2H2O + O2의 반응을 촉매하여 산소를 발생시키는데, 끓인 간 조각을 넣은 B, D, F 시험관에서는 전혀 반응이 일어나지 않았습니다. 간을 끓이면 카탈라아제가 기능을 발휘하지 못하는 것은 단백질로 이루어진 효소가 변성되었기 때문입니다. 효소는 한 번 변성되면 온도가 내려가더라도 원래 상태로 돌아가지 못합니다. 삶은 계란을 식히더라도 삶기 전의 상태로 돌아가지 못하는 것도 단백질이 변성된 결과로 고온에서 변성이 일어난 효소는 원래의 기능을 갖지 못하게 됩니다.

그리고 산성인 염기성보다 중성인 물과 생간 조각을 넣은 A 시험관에서 가장 활발한 반응이 일어난 것은 카탈라아제의 최적 pH가 중성임을 보여줍니다. 많은 효소가 중성에서 가장 활발한 반응을 나타내지만 펩신은 강한 산성(pH 1-2)에서, 트립신은 약한 염기성(pH 8)에서 가장 높은 활성을 보입니다. 효소는 생체 내 유기촉매라 불립니다. 촉매는 자기 자신은 그 반응에 소모되지 않으면서 특정한 화학 반응의 속도를 빨리 일어나게 하는 물질을 말합니다. 과산화수소는 카탈라아제라는 촉매가 없더라도 자연 상태에서 서서히 분해되어 물과 산소로 되는데 카탈라아제를 가하면 그 분해속도가 매우 빨라지는 것입니다. 카탈라아제 1분자는 1분 동안에 500만 분자의 과산화수소를 분해하는데 그 빠르기는 효소반응에서 최고입니다.

그렇다면 효소는 어떻게 반응속도를 빠르게 해주는 것일까요? 모든 화학반응은 반응 분자 사이의 충돌에 의해서 일어납니다. 그런데 이 때 충돌이 일어났다고 해서 반드시 반응이 일어나는 것은 아니며, 일정량 이상의 에너지를 가진 것들이 충돌했을 때만 반응이 일어납니다. 이와 같이 화학 반응을 일으킬 수 있는 분자의 최소 운동 에너지를 활성화 에너지라고 합니다. 효소는 바로 이 활성화 에너지를 낮추어 줌으로써 반응이 쉽게 일어나게 하는 것입니다.

효소는 종류에 따라 작용하는 특정한 기질이 정해져 있습니다. 카탈라아제는 과산화수소만, 말타아제는 엿당만, 펩신은 단백질만 분해할 뿐 다른 기질에는 작용하지 못하는데 이와 같이 효소가 특정 기질에만 작용하는 성질을 효소의 기질 특이성이라고 합니다. 효소가 기질 특이성을 갖는 것은 효소 분자의 입체구조가 종류에 따라 특정한 기질하고만 결합할 수 있도록 되었기 때문입니다. 이것은 마치 효소를 열쇠, 기질을 자물쇠에 비유했을 때 자물쇠에 맞는 열쇠는 단 하나밖에 없는 것과 같은 이치입니다.