단백질 이야기 (8) 단백질의 분해 효소 단백질 종류와 기질 최적 PH

 

단백질의 화학반응과 효소단백질

효소란 화학반응의 촉매구실을 하는 물질로 생체 촉매라고도 합니다. 효소로써 작용하는 물질의 대다수는 단백질입니다.

실은 RNA속에도 효소로 작용하는 물질이 있습니다.

효소로서 작용하는 단백질을 효소단백질입니다.

생체 내에서는 화학반응이 많이 일어납니다. 하나의 화학반응에는 거의 예외 없이 효소단백질의 촉매작용이 있다고 인정되기 때문에 화학반응의 숫자만큼 효소단백질의 종류가 있다고 봅니다.

따라서 전체 단백질 가운데 50%정도를 차지할 정도로 효소단백질의 비율이 대단히 높다고 생각합니다.

 

예를 들자면 소화기관계에서는 녹말을 분해하는 아밀라아제, 단백질을 분해하는 펩신과 트립신, 지질을 분해하는 리파아제, 핵산을 분해하는 뉴클레아제등이 있습니다.

세포의 증식과 관련해서는 DNA를 복제하는 DNA 폴리메라아제(종합효소), RNA를 합성하는 RNA를 합성하는 RNA 폴리메라아제, 단백질의 인산화를 실행하는 키나아제 따위가 있습니다.

 

신진대사에서는 ATP를 생성하는 ATP합성효소, ATP를 분해해 에너지를 만들어내는 에이티피아제, 글루코오스에서 ATP가 만들어지는 일련의 반응에 관계있는 피루브산 탈수소효소, 아코니타아제, 푸마라아제등이 있습니다.

그야말로 다 셀수가 없습니다. 효소단백질의 이름은 ~아제로 끝나는 것들이 많습니다.

음식물의 단백질을 소화시키는 물질도 효소단백질입니다. 화학반응을 중개하는 촉매기능이 있으며 그 반응을 진행하는데 필수적입니다.

만일 소화효소가 존재하지 않는다면 우리는 음식을 먹을 수 없습니다. 또한 소화 흡수된 영양분은 여러 가지 대사과정을 거쳐서 세포 활동에 필요한 에너지도 되고 신체를 만드는 다양한 물질도 생성합니다. 이런 각각의 단계에는 정말로 많은 종류의 효소단백질이 작용합니다.

 

효소단백질의 종류와 EC번호

우리몸을 이루는 단백질의 종류는 총 10만 개 이상이며, 무려 그 절반이 효소단백질로 추정됩니다.

이쯤에서 효소단백질을 6개 그룹으로 나누어보겠습니다. 이 분류는 국제위원회에서 정한 것입니다.

1) 산화환원효소

2) 전이효소

3) 가수분해효소(소화효소 대부분은 여기에 포함됩니다)

4) 제거부가효소

5) 이성화효소

6) 합성효소

새로이 발견된 효소단백질의 명명 및 분류는 국제생화학분자생물학연합의 효소위원회가 정한 규칙을 따릅니다.

이 때 각 효소단백질에는 EC번호가 붙여집니다.

EC번호란 효소위원회(Enzyne Commission) 번호를 말합니다.

이 번호는 EC 1.2.3.4 이런 식으로 4개의 숫자로 정해집니다.

첫 숫자는 6개 대분류의 어디에 해당하는가를 나타냅니다.

EC 1.X.X.X는 산화환원효소

EC 2.X.X.X는 전이효소

EC 3.X.X.X는 가수분해효소

EC 4 .X.X.X는 제거부가효소

EC 5 .X.X.X는 이성화효소

EC 6 .X.X.X는 합성효소 

입니다.

 

효소단백질의 기질

생화학에서 가장 어려운 부분중에 하나가 효소단백질과 기질의 관계, 반응생성물과 관련성, 그리고 복잡한 반응식이 나오는 대목입니다.

효소단백질이 화학반응의 촉매로 작용하는 단백질입니다. 효소단백질은 초능력을 지니지 않았기에 거리가 떨어진 곳에서 원격 조작을 하는 등의 초자연적인 힘을 발휘할 수 없습니다.

따라서 반드시 화학반응의 주역인 물질과 결합을 할 필요가 있습니다.

이런 촉매 작용을 시작할 때 효소단백질의 최초에 결합하는 물질을 기질이라고 합니다.

그리고 기질은 효소-기질 복합체를 거쳐서 촉매 작용을 받은 후에 생성물질이 됩니다.

이 현상이 효소단백질의 기본기능입니다. 

 

기질 특이성

택배업차는 고객이 요청한 곳으로 무언가를 옮기는 서비스를 제공합니다. 이때 무엇을 어디로 옮기느냐에 따라서 그 서비스의 세부 내용이 달라집니다. 예컨대 우편물을 운반하는 택배업자는 편지 같은 비교적 작은 물건을 배달합니다. 쿠팡맨처럼 생필품을 운반하는 것이 보통의 택배업자들이 제공하는 서비스이고 가구를 옮기는 택배업자도 있으며 이사 갈 때 가재도구를 모조리 옮겨주는 이삿짐 운반서비를 제공하는 택배업자도 있습니다.

 

이삿짐 운반업자에게 편지를 운반해 달라고 요청하는 고객은 없을 것입니다. 조금은 융통성 있게 고객의 요구를 들어주겠지만 대부분 용도에 따라 어떤 서비스를 제공하는지가 정해져 있습니다.

 

단백질도 그와 같습니다. 어떤 작용을 하는가는 단백질마다 정해져 있습니다. 

다시 말해 효소단백질 대부분은 달라붙어야 하는 기질의 종류가 결정되어 있습니다. 결코 바람을 피우지 않는 이상적인 남편처럼 말입니다. 효소단백질의 이처럼 모범적인 성질을 기질 특이성이라고 부릅니다.

예를 들자면 녹말을 분해해 맥아당 등을 만드는 아밀라아제의 기질은 녹말이고 위액 속에 분비되는 단백질 분해효소의 펩신의 기질은 그 이름에서 알 수 있듯이 단백질입니다.

 

결코 아밀라아제의 기질이 단백질이 될 수 없고 펩신의 기질이 녹말이 될 수 없습니다.

 

게다가 어느 단백질 분해효소 A는 정해진 아미노산 B의 오른쪽 옆만 절단한다 식으로 기질에 따라 조치사항이 정해진 경우도 많습니다.

 

단백질의 PH 의존성

기질 특이성은 효소단백질의 존재 가치와 관련 있는 대단히 중요한 성질입니다.

그리고 기질 특이성 정도까지는 아니지만 단백질의 움직임을 바꾸는 요인이 있습니다. 바꿔 말하면 다양한 환경 조건에 따라서 단백질의 기분, 즉 활성이 강할 때가 있는가 하면 약할 때도 있습니다.

 

이같이 특정 PH 또는 그 부근에서만 기분 좋게 작용하는 성질을 PH 의존성이라고 말합니다.

단백질 분해효소인 펩신이 PH 2 라는 산성 조건에서 매우 기분 좋게 작용하는 것이 대표적인 예입니다.

이를 최적 PH라고 합니다.

 

만약 일반 단백질이 오렌지주스의 10배나 100배 정도로 산성도가 강한 조건에 놓이면 기분이 나빠지는 것은 물론 단백질이 변성해 그 기능을 상실해 버리고 맙니다. 멍해지다는 표현이 어울리는 상황입니다.

하지만 펩신은 그런 환경 속에서 작용합니다. 또한 녹말을 분해하는 아밀라아제가 가장 기분이 좋은 조건은 PH 7 근처이고 췌액 속 트립신의 최적 PH는 8 근방입니다.