효소의 반응속도론(enzyme kinetics) 예비레포트

1. Title

효소의 반응속도론

 

2. Introduction

 

1) 효소(정의&종류)

 효소(enzyme)란 생체 내의 화학반응을 매개하는 단백질 촉매이다. 기질(substrate)과 효소의 활성부위에 결합하여 효소-기질 복합체를 형성한다. 효소는 크게 6종류로 구분된다. (1) 분자들 사이에 전자를 옮기며 산환-환원반응을 촉매 하는 산화환원효소(oxidoreductases)가 있으며 해당과정 첫번째 참여 효소인 탈수소효소(dyhydrogenase)와 산화(oxidase) 등이 있다. (2) 분자 간 작용기를 옮기는 전이효소(transferase)가 있으며 아미노기운반효소가 포함된다. (3) 물을 첨가하여 분자를 쪼개는 가수분해효소(hydrolase)가 있으며, 펩티데이스(peptidase)와 아밀레이스(amylase)가 포함된다. (4) 원자나 작용기를 첨가하거나 제거하여 이중 결합을 만드는 분해효소(lyase)가 있으며, 탈카복실화효소(decarboxylase)와 알돌레이스(adolase)가 있다. (5) 한 분자 내에서 작용기를 옮기는 이성질화효소(isomerase)가 있으며, 에피머레이스(epimerase)가 있다. (6) ATP의 가수분해를 사용하여 두 분자를 연결하는 합성효소(ligase)가 있으며, 라이게이스(ligase)가 포함된다.

 

2) 효소와 반응속도론

 효소의 촉매 반응 속도와 이것이 실험의 여러 매개변수에 따라서 어떻게 변화하는가에 관해 연구하는 분야를 효소 반응속도론(enzyme kinetics)라고 한다.  효소[E]의 반응 과정은 다음과 같으며, 반응 속도에 영향을 주는 핵심 요소 중 하나는 기질의 농도[S]이다.

 미카엘리스-멘텐 방정식(Michaelis–Menten equation) 효소 활성의 변화를 기질 농도에 대한 함수로 설명한다.

 미카엘리스 상수(Km)은 각 효소마다 독특하고 효소 농도에 대해 독립적이다. 또한 Km은 반응속도가 최대가 되는 값의 반이 되는 기질의 농도의 값이다. 즉 Km은 1/2Vmax 의 기질 농도와 같다. 최대 반응속도(Vmax)는 모든 효소가 기질에 결합되었을 때 도달할 수 있는 값이다.

 기질의 농도가  Km값보다 작을 때 효소의 반응속도는 기질의 농도에 비례한다. 하지만 기질의 농도가 높을 때(Km보다 클 때) 효소의 반응속도는 기질의 농도와 무관하며 최대가 된다. 반응속도가 Vmax에 도달하면 모든 효소가 기질에 결합된 상태이며, 기질을 아무리 많이 첨가하더라도 반응속도는 변하지 않는다.

 

3) 효소활성에 영향을 미치는 요인들

 효소의 활성 활성에 영향을 미치는 요인들에는 온도, pH, 기질의 농도, 보조인자 등이 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. 효소의 촉매 활성은 보조인자의 도움을 받아 이루어지기도 한다. 보조인자의 역할은 다양하며, 비타민으로부터 만들어지는 조효소와 금속들로 나뉘어진다.

 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. 추가적으로 효소 저해제는 효소에 결합하여 효소의 활성을 감소시킨다. 기질과 경쟁하는 경쟁적 저해제와 효소-기질 복합체의 활성부위가 아닌 다른 자리에 결합하여 효소 활성을 억제하는 비경쟁적 저해제가 있다.

 

4) 라인위버-버크 방정식(Line weaver-Burk equation)

 미카엘리스-멘텐 방정식으로 정확한 Km과 Vmax의 값을 알 수 없어 직선을 나타내는 방정식으로 전환이 필요했다. 미카엘리스-멘텐 방정식을 역수로 취하면 라인위버-버크 방정식이 나온다.

 기질농도에 따른 효소반응속도를 결정하고 Lineweaver-Burke plot을 이용하여 효소반응의 Vmax와 Km을 결정한다.

 

 

 

 

 

---

References

1) JOHN L. TYMOCZKO, Stryer 핵심생화학(제2판), 2014, 범문에듀케이션, 69-84

2) 생화학분자생물학회, 생화학백과, 2019, 생화학분자생물학회, 266-269

3) Irenus A. Tazisong, Zachary N. Senwo, Zhongqi He. Phosphatase Hydrolysis of Organic Phosphorus Compounds. 2015. Advances in Enzyme Research, Vol.3 No.2.