안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
효소는 화학 반응이 일어나는 데 필요한 최소한의 에너지 장벽인 활성화 에너지를 낮춤으로써 반응 속도를 촉진합니다. 반응물과 결합하여 반응의 최종 에너지 변화량이나 생성물 자체를 바꾸지 않으면서, 반응이 진행되는 경로를 다르게 만들어 적은 에너지로도 반응이 빠르게 진행되도록 돕습니다. 좀 더 구체적으로 설명해 드릴게요.
효소는 활성 부위에 기질이 결합하여 효소-기질 복합체를 형성하는 과정에서 활성화 에너지를 낮춥니다. 효소는 기질이 결합할 때 활성 부위의 구조를 유연하게 변형시켜 정교하게 맞물리도록 합니다.
기질 특이성이 나타나는 이유로 효소가 특정 기질과만 결합하여 반응하는 성질을 기질 특이성이라고 하는데, 이는 효소 활성 부위의 3차원 입체 구조와 화학적 특성이 특정 기질 분자와만 정교한 상보성을 이루기 때문입니다. 자물쇠와 열쇠처럼, 활성 부위의 구조에 들어맞는 특정 기질만 결합하여 반응할 수 있습니다.
효소의 주성분은 단백질이므로, 주변 환경의 온도와 pH 변화에 따라 3차원 입체 구조가 달라지며 활성도와 기질 특이성에 영향을 받습니다. 첫째로 온도가 상승할수록 분자들의 운동 에너지가 증가하여 효소와 기질의 충돌 빈도가 늘어나 반응 속도가 증가합니다. 최적 온도인 약 35~40도에서 효소-기질 결합 충돌이 극대화되어 반응 속도가 속도가 가장 빠릅니다. 최적 온도를 넘어가면 열에너지에 의해 효소 단백질의 3차원 구조를 유지하던 약한 결합이 파괴되는 변성이 일어납니다. 활성 부위의 입체 구조가 일그러지면 기질이 더 이상 결합하지 못해 활성이 급격히 떨어집니다. 둘째로 효소마다 가장 높은 활성을 보이는 최적 pH가 정해져 있습니다. 주변의 수소 이온 농도가 달라지면 효소 아미노산 잔기들의 전하 상태가 바뀝니다. 이로 인해 효소 내부의 이온 결합이 깨져 3차원 입체 구조가 변형되고, 활성 부위의 전하 특성이 바뀌어 기질과의 결합력을 상실하게 됩니다.