알파-amylase의 최적 pH 조사 예비레포트

1. Title

알파-amylase의 최적 pH 조사

 

2. Introduction

1)  효소(enzyme)

 생명체 내에서 여러 화학반응이 일어나는데, 이러한 반응 속도를 높이는 촉매제를 효소라고 한다. 효소가 촉매 하는 반응물을 기질(substrate)이라고 하며 효소와 기질이 결합하는 부위를 활성부위 또는 기질 결합 부위라고 부른다. 하나의 효소는 보통 하나의 단일 화학반응이나 한 종류의 기질에만 반응하기 때문에 효소는 높은 특이성을 보인다. 단백질로 이루어진 효소의 복잡한 3차원적 구조 때문에 효소와 기질의 정확한 상호작용이 이루어진다. 효소는 크게 6종류로 구분된다. 분자들 사이에 전자를 옮기는 산화환원효소, 분자 간 작용기를 옮기는 운반효소, 물을 첨가하여 분자를 쪼개는 가수분해효소, 원자나 작용기를 첨가하거나 제거하여 이중 결합을 만드는 분해효소, 한 분자 내에서 작용기를 옮기는 이성질화효소, ATP의 가수분해를 사용하여 두 분자를 연결하는 합성효소가 있다.

 

 효소의 작용에 영향을 미치는 많은 요인이 있다. 효소의 농도가 일정할 때 기질의 농도가 증가하면 효소-기질 복합체가 많이 생성되기 때문에 반응속도가 빨라진다. 그러나 기질의 농도가 일정 수준에 도달하면 효소-기질 복합체 수가 포화되었기 때문에 반응속도가 증가하지 않고 일정해진다. 반대로 기질의 농도가 일정할 때 효소의 농도가 높아지면 반응속도가 빨라지다가 일정하게 바뀐다. 또한 효소의 단백질 3차원 구조는 주로 열, 산, 알칼리 및 기타 여러 요인으로 인하여 변성이 쉽게 일어난다. 특정 조건에 달하여 효소의 구조가 바뀌면 기능을 잃어버릴 수 있다.

 

2) 효소의 pH

 효소의 활성에 온도, pH 조절 등이 중요하다. 일반적으로, 효소는 특정한 온도와 pH 범위에서 가장 큰 활성을 나타내며 이를 최적 온도(optimal temperature)와 최적 pH(optimal pH)라 한다. 이번 실험에서는 효소의 pH에 대해 알아볼 예정이다.

 

 pH는 용액의 수소 이온 농도를 나타내는 지수이다. 서로 다른 효소는 서로 다른 pH에서 가장 높은 활성을 나타내는데, 주로 효소의 촉매반응에 관여하는 활성 작용기의 이온화 상태가 pH에 의존하기 때문이다. 체내의 대부분 효소는 중성 pH에서 최대 활성을 보이지만, 일부 효소는 산이나 알칼리에서 최대 활성을 가진다. pH가 변화하면 효소의 결합부위에 변화가 일어나며 이온형이 바뀌어 효소-기질 복합체가 형성되지 않는다.

 

3) 알파-amylase, 베타-amylase

 Amylase는 다당류 가수분해 효소로서, 녹말(starch)이나 글리코젠에 작용하며 알파-amylase, 베타-amylase, 감마-amylase 3종류로 나뉜다. 알파-amylase(1,4-α-D-glucan glucanohydrolase)는 알파-1,4 결합을 분해한다. 알파-amylase는 인간 체내에서 합성이 가능하며 식물, 균류(fungi), 박테리아에 의해 생산이 가능하다. 알파-amylase는 입 속이나 췌장 내에서 탄수화물을 분해하여 amylose, glucose, amylopectin에서 maltotriose, maltose를 생성하는 역할을 한다.

 

 베타-amylase(1,4-α-D-glucan maltohydrolase)는 동물 조직 내 미생물에 존재하나 자가합성은 불가능하며 박테리아, 곰팡이, 식물에 의해 만들어진다. 알파-amylase의 최적 pH는 6.7-7.0의 주로 중성이며, 베타-amylase의 최적 pH는 5.0-6.0으로 약한 산성을 띈다. 두번째 알파-1,4 글리코사이드 결합의 가수분해 촉매 역할을 하며 두 개의 포도당 단위(maltose)를 분리한다. 베타-amylase는 알파-amylase보다 반응 속도가 느리다.

 

4) Reducing sugar

 환원당(reducing sugar)이란 화학구조 내에 환원말단을 가지고 있어 환원성을 띄는 당류를 말한다. 설탕, 전분 등과 같이 다른 물질을 환원시키지 못하는 당을 비환원당이라고 부른다. 환원당은 하나의 카르보닐기(알데히드기 또는 케톤기)를 가지며, 1번 탄소에 알데히드기(-CHO)를 가지는 aldose와 2번 탄소에 케톤기(-CO)를 가지는 ketose로 분류할 수 있다. 특정 반응조건에서 다른 물질을 환원시키며, 자신은 산화된다. 그림과 같이 환원당은 알칼리성 용액에서 구리이온(Cu2+)과 같은 중금속 이온을 환원시킬 수 있다.

 

5) DNS (3,5-dinitrosalicylic acid)

 표준용액의 흡광도와 미지시료의 흡광도를 비교하여 당을 정량분석 할 수 있다. DNS는 환원당을 측정할 때 사용하는 시약이다. 환원당에 의해 3,5-dinitrosalicylic acid가 환원되어 생성된 3-amino-5-nitrosalicyclic acid를 550 nm 파장에서 측정하여 당을 정량한다. 생성된 3-amino-5-nitrosalicyclic acid을 안정화시키기 위하여 DNS시약에 NaOH, Rochell salt, Phenol 및 Na2S2O5를 첨가한다. 이때 환원당이 DNS(노란색)와 반응하여 적갈색으로 색이 변한다.

 

 

 

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References

1. 양성렬, 인체생화학, 2015, 포널스출판사, 39-40

2. JOHN L. TYMOCZKO, Stryer 핵심생화학(제2판), 2014, 범문에듀케이션, 69-70

3. 생화학분자생물학회, 생화학백과, 2019, 생화학분자생물학회, 262

 

그 외 참고

- https://chemup.tistory.com/741