효소의 구조 및 기질 특이성

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1. 1.효소의 구조 및 기질 특이성

효소의 구조 및 기질 특이성

효소는 단백질로 되어 있으며 각 효소마다 고유의 입체 구조를 가진다. 효소는 화학 반응을 촉매하는 과정에서 반응물과 일시적으로 결합한다. 효소에서 반응물과 결합하여 화학 반응이 일어나게 하는 특정 부분을 활성 부위라고 하며, 활성 부위와 결합하는 반응물을 기질이라고 한다.

Ⅰ-61 수크레이스의 입체 구조

▶ 수크레이스의 입체 구조 : 수크레이스의 3차원적 구조를 모식도로 나타낸 것이다.

효소는 촉매 과정에서 일시적으로 효소 · 기질 복합체를 형성하게 되고, 효소와 기질이 결합하고 있는 동안 기질은 생성물로 변하게 된다. 반응의 결과 생성물이 만들어지면 효소는 효소 · 기질 복합체로부터 분리되어 또 다른 반응에 참여하게 된다.

Ⅰ-62 효소의 촉매 반응

▶ 효소의 촉매 반응 : 효소는 일시적으로 효소 · 기질 복합체를 만들어 반응물을 생성물로 변화시킨다. 반응이 끝난 효소는 다시 새로운 반응에 참여하게 된다.

효소와 기질과의 관계는 열쇠와 자물쇠의 관계와 같다. 특정 자물쇠에 맞는 열쇠가 정해져 있듯이 기질의 입체 구조가 효소의 활성 부위에 맞아야 생성물을 만들 수 있다. 예를 들어 수크레이스는 설탕은 분해할 수 있지만 엿당은 분해할 수 없다. 그 이유는 수크레이스의 활성 부위에 설탕은 결합할 수 있지만 엿당은 결합할 수 없기 때문이다. 이와 같이 한 종류의 효소는 한 종류의 기질에만 작용하는데 이러한 효소의 성질을 기질 특이성이라고 한다.

Ⅰ-63 효소의 기질 특이성

▶ 효소의 기질 특이성 : 자물쇠에 맞는 열쇠가 있는 것처럼 효소의 활성 부위에 특이적으로 결합할 수 있는 구조를 가진 기질이 존재한다.

Ⅰ-64 효소 · 기질 복합체

▶ 효소 · 기질 복합체 : 효소의 활성 부위에 기질이 결합되어 있다.

대부분의 효소는 효소를 이루는 단백질만으로 활성을 나타내지만 일부 효소들은 단백질 이외에 보조 인자라고 하는 물질이 있어야 효소의 활성을 나타낸다. 이때 효소의 단백질 부분을 주효소라 하고, 효소의 작용을 도와 주는 비단백질 부분을 보조 인자라고 하며, 주효소와 보조 인자를 합쳐 전효소라고 한다. 보조 인자에는 아연, 철, 마그네슘 등과 같은 금속 이온과 조효소라고 불리는 비타민 등의 유기 분자가 있다. 보조 인자에는 효소에 단단히 결합하고 있어 효소를 분해하거나 변성시키지 않고는 주효소로부터 분리할 수 없는 것들도 있고, 반응이 일어날 때 주효소에 결합하였다가 반응이 끝나면 떨어져 나오는 것들도 있다. 주효소나 보조 인자는 단독으로는 효소로서 작용하지 못하고 전효소만 이 촉매의 기능을 나타낸다.

Ⅰ-65 보조 인자의 작용 - 주효소와 보조 인자가 결합하여 완전한 기능을 갖는 전효소가 된다.

카복시펩티데이스는 단백질을 가수 분해하는 효소이다.

카복시펩티데이스는 Zn²⁺을 보조 인자로 가지고 있다. Zn²⁺은 카복시펩티데이스에 붙어 있으면서 기질과 효소 사이의 전자 이동을 도와 펩타이드 결합이 잘 분해되도록 한다. Zn²⁺이 없으면 카복시펩티데이스에 의한 단백질 분해 반응이 일어나지 않기 때문에, 카복시펩티데이스는 Zn²⁺이 결합되어 있어야 비로소 완전한 전효소가 된다. Zn²⁺은 반응이 끝나도 주효소로부터 분리되지 않고 붙어 있다.

Ⅰ-66 카복시펩티데이스의 구조

▶ 카복시펩티데이스의 구조 : 화살표는 주효소에 결합되어 있는 보조 인자인 Zn2+를 가리킨다.

관련문제

01.그림은 효소의 작용 과정을 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 1. ㈎는 반응 전과 후의 구조가 바뀌어 다시 사용할 수 없다.
2. 2. ㈏가 ㈎의 A에 결합하면 이화 작용이 진행된다.
3. 3. ㈐는 반응에 참여하는 기질로 반응이 끝나면 생성물로 바뀐다.
4. 4. ㈑는 생성물로 ㈏보다 에너지의 크기가 크다.
5. 5. A는 활성 부위로 기질의 종류에 관계없이 모두 결합할 수 있다.

정답 및 해설

정답

2

해설

고분자 물질이 저분자 물질로 분해되는 것은 이화 작용이다. ㈎는 효소, ㈏는 기질, ㈐는 효소 · 기질 복합체, ㈑는 생성물, A는 효소의 활성 부위이다.
① ㈎는 효소로 반응 전과 후에 구조가 변하지 않으므로 다시 사용할 수 있다.
③ ㈐는 효소의 활성 부위에 기질이 결합하여 만든 효소 · 기질 복합체이다.
④ 이화 작용은 에너지를 방출하는 발열 반응이므로 생성물인 ㈑는 반응물인 ㈏보다 에너지의 크기가 작다.
⑤ A는 활성 부위로 기질 특이성이 있어 특정한 기질과만 결합할 수 있다.

02.그림은 효소가 기질과 결합하는 방식을 설명하는 2가지 가설이다. ㈎와 ㈏에 대한 설명으로 옳은 것은?

1. 1. ㈎는 효소의 기질 특이성이 있으나 ㈏는 기질 특이성이 없다.
2. 2. A는 활성 부위로 ㈎에서는 효소가 기질과 결합할 때 활성 부위의 구조가 변하지 않는다.
3. 3. ㈎에 의하면 효소와 기질은 완전히 상보적인 구조는 아니다.
4. 4. ㈏에서는 효소 · 기질 복합체가 생성될 때 효소의 활성 부위에 정확히 맞는 기질이 결합된다.
5. 5. ㈏에서는 반응이 끝나 생성물이 효소에서 떨어져 나가면 효소는 원래 구조로 회복할 수 없다.

정답 및 해설

정답

2

해설

㈎는 열쇠 · 자물쇠설, ㈏는 유도 적합설이다. A는 활성 부위이다. 열쇠 · 자물쇠설은 특정 자물쇠에 맞는 열쇠가 정해져 있듯이 기질의 입체 구조가 효소의 활성 부위에 맞아야만 생성물을 만들 수 있다는 것이고, 유도 적합설은 효소의 활성 부위와 가장 비슷한 기질이 결합하면 효소의 활성 부위의 모양이 기질의 모양과 비슷해지도록 바뀐다는 것이다.
① ㈎와 ㈏ 모두 효소의 기질 특이성을 설명한 것이다.
③ ㈏에서는 효소와 기질은 완전히 상보적인 구조는 아니다.
④ ㈎에서는 효소 · 기질 복합체가 생성될 때 효소의 구조에 완전히 들어맞는 기질이 결합된다.
⑤ ㈏에서는 반응이 끝나 생성물이 효소에서 떨어져 나가면 효소는 원래 구조로 회복할 수 있다.

각주

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