효소 반응을 '방해'할 수도 있는 의외의 요소들

지난 글에 이어, 효소들에 작용에 영향을 미치는 중요한 인자들을 알아보도록 하겠습니다.

4. 억제제(inhibitor)
 효소의 촉매 활성을 감소 또는 제거하는 물질을 억제제라고 하며, 이 현상을 저해 작용이라고 합니다. 기질과 유사한 화합물이 경쟁하여 효소작용이 저해되는 경우가 있는데 이러한 물질을 경쟁적 억제제(competitive inhibitor)라고 합니다. 예를 들면 주석산 탈수소 효소(succinic dehydrogenase)는 그 기질인 주석산(succinic acid, HOOCCH2 COOH)에 의해 저해됩니다.
경쟁적 저해는 기질의 농도를 높여주면 효소의 활성이 가역적으로 회복됩니다. 효소의 활성중심이 아닌 효소 활성에 중요한 다른 부위에 결합하여 효소 활성을 저해하는 물질을 비경제적 저해제(non-competitive inhibitor)라고 하는데, Ag+, Hg+, Pb2+ 등의 중금속, 타닌(tannin, cyanide), 트라이 클로로 아세트산(trichloroacetic acid), 사이 아나이 드(cyanide), 에틸렌 다이아민 테트라 아세트산(EDTA), 황화합물 등이 있습니다. 비경쟁적 저해는 기질의 농도를 증가시켜도 효소의 활성이 회복되지 않습니다. 
식품 중에 존재하는 저해제 중에서 대표적인 것으로는 콩에 존재하는 트립신 저해제(trypsin inhibitor)가 있습니다. 이 물질은 단백질 소화효소인 트립신을 저해하여 단백질의 소화를 억제하므로 날콩을 식용하였을 때 문제가 됩니다. 그러나 가열하게 되면 대부분이 파괴되기 때문에 큰 문제가 되지 않습니다. 난백에는 트립신 저해 활성이 있는 오보 점액상(ovomucoid)과 오보 인히비터(ovoinhibitor)가 있습니다. 정제된 달걀의 오보 점액상은 pH 3~7에서 80℃로 30분간 가열해도 90% 이상 활성을 유지하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 오보 점액상은 돼지, 양, 소 등의 트립신에는 저해 작용을 가지지만 인간의 트립신에는 저해 작용을 하지 않습니다. 

5. 활성제(activator)
효소작용이 어떤 물질의 첨가로 촉진되는 현상을 효소의 활성화(activation)라 하고 그와 같은 작용을 하는 물질을 활성제(activator)라고 합니다. 예를 들면 활성중심 부위에 SH 기를 가지는 효소인 파파인(papain)지에 대해 SH기의 보호직용이 있는 시스테인(cysteine), 글루타 싸이온(glutathione), 2-머캅토 에탄올(2-mercapto ethanol) 등은 활성제로 작용하며, Ca, Mg, Cu, Mn, Zn 등의 금속이온들, 카 복실 레이스(carboxylase), 폴리페놀 옥시 데이스는 Cu2+, 헥소 키 네이스(hexokinase)는 Mg2+ 이온에 의해 활성화됩니다. 
또한 효소의 활성중심에 직접 작용하지는 않지만, 효소의 다른 부위에 활성제가 결합함으로써 효소의 입체적 구조가 변화되어 기질과 작용하기 쉽게 되어 효소의 활성화가 일어나는 경우가 있는데 이것을 다른 자리 입체성 효과(allosteric effect)라고 합니다. 예를 들면 겨자나 고추에 함유된 미로 시 네이스(myrosinase)에 대한 아스코르브산(ascorbic acid)의 활성화는 이 종류의 기구로 알려져 있습니다.

6. 수분활성
식품의 수분활성을 감소시키면 미생물에 의한 병패를 방지할 수 있지만, 효소 활성 때문에 바람직하지 않은 변화가 일어날 수도 있습니다. 일반적으로 효소작용은 수분 활성이 단 분자층 영역보다 높을 때 나타나기 시작하며, 수분이 단 분자층으로 존재하는 범위에서는 거의 정지됩니다. 그러나 리 페이스(lipase)는 수분 활성이 0.1~0.3에서도 활성을 갖습니다.

7. 금속이온
효소 중에는 활성화되기 위하여 보조 인자로 금속이온이 있어야 하는 것이 있는가 하면 이온에 의하여 영향을 받지 않는 것도 있습니다. 수은, 납, 은 등의 중금속 이온은 대개 효소를 불활성화 시킵니다. 한편 Na+, K+, Ma 2+, Ca2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+, CO2+, Ni2+ 등 다수의 양이온은 효소를 활성화하는 것으로 알려져 있습니다. 이온들이 효소를 활성화하는 기전은 다양합니다. 금속 이온은 효소의 활성 영역(active site)의 구성요소가 되건, 효소와 기질을 연결하는 결합을 형성하기도 하고 효소반응의 평형 상수를 변화시키는 것도 있습니다. 금속이온은 또한 효소단백질의 표면 저하를 변화시키기도 하고, 반응 저해 요인을 제거하기도 합니다.

8. 반응생성물
효소작용은 반응생성물이 축적됨에 따라 속도가 감소하여 어떤 평형에 달하게 됩니다. 이것은 효소반응으로 생긴 생성물이 효소와의 친화력에 기인하기 때문입니다. 예를 들면 최종산물 저해(end product inhibition)가 있는데 이는 일련의 효소반응에 있어서 그 경로의 초기 단계의 효소가 최종산물에 의해 저해를 받는 현상을 말하며 음의 되먹임 저해(negative feedback inhibition)라고도 합니다. 생체는 이 방법으로 과잉되는 대사산물이 축적되지 않도록 대사를 조절합니다. 일반적으로 되먹임 저해를 받는 효소는 자신의 기질과 구조가 다른 화합물에 의해 저해받는 다른 자리 입체성 조절 효소(allosteric enzyme)인 경우가 많습니다. 한편, 지금까지 언급한 것 외에 효소반응에 영향을 미치는 인자로는 광선, 압력, 방사선, 금속이온 등이 있습니다.