과일 속에 포함된 브로멜라인이나 액티니딘 같은 단백질 분해 효소가 고기의 펩타이드 결합을 끊는 원리는 무엇인가요?

Question

질긴 고기를 잴 때 파인애플이나 키위를 갈아 넣으면 고기가 매우 부드러워집니다. 과일 속에 포함된 브로멜라인이나 액티니딘 같은 단백질 분해 효소가 고기의 펩타이드 결합을 끊는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

파인애플의 브로멜라인과 키위의 액티니딘이 질긴 고기를 부드럽게 만드는 화학적 원리는 시스테인 프로테아제에 의한 친핵성 가수분해 반응입니다. 고기의 질긴 식감을 형성하는 미오신, 아크틴, 콜라겐 등의 단백질은 수많은 아미노산이 아미드 결합의 일종인 펩타이드 결합으로 길게 이어진 고분자 구조입니다. 효소가 이 강력한 펩타이드 결합을 끊어내는과정을 설명해 드릴게요.

브로멜라인과 액티니딘의 활성 부위에는 시스테인이라는 아미노산이 존재하는데, 시스테인의 곁사슬에는 황 원자를 포함한 티올기가 있으며, 옆에 있는 히스티딘 잔기의 도움을 받아 강한 친핵성을 띠는 티올레이트 이온 상태로 대기합니다. 고기 단백질이 효소의 활성 부위에 결합하면, 효소의 황 이온이 펩타이드 결합 내의 카르보닐 탄소를 전자가 풍부한 힘으로 공격하고, 탄소와 산소 사이의 이중결합 전자쌍이 산소 쪽으로 이동하면서 사면체 구조의 중간체가 만들어집니다. 물 분자가 개입하면서 끊어진 결합을 분리·안정화하고, 효소는 다시 다른 결합을 찾아 끊는 반응을 지속합니다.

그 결과, 꼬여 있던 고기 단백질의 촘촘한 그물망 구조가 허물어지고 노출된 단면이 물 분자와 결합하여 보수성이 크게 향상됩니다. 이렇게 물리적 저항력이 약해지고 수분이 채워지면서 질겼던 고기가 매우 촉촉하고 부드러워집니다.