'효소 저해제'의 모든 것, 비가역적/가역적 저해 메커니즘 (효소 명명법과 분류)

식품 중에는 효소 반응을 저해하는 저해제(inhibitor)가 들어있습니다. 그중 대두의 트립신 저해제(trypsin inhibitor)는 일찍부터 잘 알려져 있으며 키모트립신(chymotrypsin)에도 저해 작용을 합니다. 트립신 저해제는 대두 외에도 모든 콩류와 밀, 쌀, 옥수수 같은 곡류, 감자, 또는 사탕무 등에도 들어있습니다. 

대두에서 분리한 트립신 저해제로는 8가지의 종이 있으며, 그중 쿠니츠 저해제(Knits inhibitor)와 보우만-버그 저해제(Bowman-Birk inhibitor)가 잘 알려져 있습니다. 효소 저해제는 습열에서는 쉽게 불 활성화되지만 열에서는 내열성이 큽니다. 특히 보우만-버그 저해제는 내열성이 더 커서 105℃에서 건조 열처리하거나 용액 상태로 100℃에서 10분간 가열해도 활성이 유지됩니다.

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. 효소의 저해는 비가역적 저해와 가역적 저해로 나눌 수 있습니다.

1. 비가역적 저해
비가역적 저해는 저해제가 효소의 활성과 관련이 있는 특정한 원자단이나 효소의 활성중심 근처의 아미노산 잔 기에 비가역적으로 공유 결합함으로써 효소와 기질이 결합할 수 없게 하여 효소의 작용을 저해하는 경우입니다.

2. 가역적 저해
가역적 저해는 효소의 어떤 결합 부위에 저해제가 가역적으로 결합하여 효소의 작용을 저해하는 것을 말하며, 경쟁적 저해(competitive inhibition)와 비경쟁적 저해(non-competitive inhibition)는 나눌 수 있습니다. 경쟁적 저해는 기질과 저해제의 화학구조가 비슷하여 효소단백질의 활성 중심의 결합 부위에 대하여 저해제가 기질과 경쟁적으로 비공유 결합하여 효소의 작용을 저해하는 것을 말하는데 이때 기질의 농도를 높여주면 효소의 활성이 회복됩니다. 
예를 들면 호박산 탈수소효소(succinate dehydrogenase)에 대하여 말로 닛산(malonic acid)이 경쟁적 저해제로 작용하며, 호박산(succinic acid)에 대하여 대량의 말로 닛산을 가할 때 저해가 일어납니다. 그러나 다시 호박산을 가하면 저해는 자연적으로 해제됩니다. 저해의 정도는 기질과 저해제의 농도 및 양자의 효소에 대한 친화의 강약에 좌우됩니다. 한편, 비경쟁적 저해는 저해제가 효소의 활성 중심의 결합 부위가 아닌 다른 부위에 결합하여 효소의 작용을 저해하는 것을 말하며, 저해제는 유리형의 효소나 효소-기질 복합체 모두에 가역적으로 결합합니다. 이 경우의 저해 정도는 저해제의 농도에 좌우되며, 기질의 농도를 증가시켜도 효소의 활성이 회복되지 않습니다. 이러한 저해제로는 은(Ag+) 수은(Hg2+), 납(Pb3+)과 같은 중금속 이온이나 화합물, 사이안화 물, 계면활성제 및 금속이온을 요구하는 효소에 대한 킬레이트(chelate) 시약 등이 있습니다.

 효소의 명명법과 분류
많은 수의 효소가 발견되면서 복잡한 효소의 명칭과 분류체계를 통일시키기 위하여 국제생화학연합회(International Union of Biochemistry)의 효소 명명 및 분류위원회(Commission on Nomenclature and Classification of Enzyme)에서 제안한 명명법과 분류법이 현재 사용되고 있습니다. 국제 생화학 연맹(IUB)에서 촉매 하는 반응에 따라 효소를 크게 산화환원효소(oxidoreductases), 전이효소(transferase), 가수분해효소(hydrolase), 제거 효소(lyses), 이성화 효소(isomerases), 합성효소(ligase)의 6종류로 분류하여 각 효소의 활성 반응을 촉매 하는 능력에 따라 4가지로 된 효소위원회 코드 번호(EC번호)를 부여하고 있습니다. 기질 명과 반응 명의 끝에 ASE를 붙여 효소명을 부릅니다. 이 중 식품의 가공에 이용되는 대부분의 효소는 산화환원효소와 가수분해효소가 있습니다. 

1. 산화환원효소
호흡효소라고도 하고, 전자의 이동 및 생체 내에서 일어나는 여러 가지 산화환원 반응에 관여하는 효소입니다. 탈수소 효소, 환원효소, 산화효소로 나눌 수 있고, 카탈 레이스(catalase), 페록시다아제(peroxidase), 폴리페놀 산화효소(poly phenol osidse), 아스코르브산 산화효소(axcorbic acid oxides), 리 폭이 데이트(lip oxidase) 등이 여기에 속합니다. 

2. 전이효소
한 화합물에서 다른 화합물로 전달하는 반응을 촉매합니다. -NH3, -COOH, -CH3, -RCOO-, H2PO3- 등과 같은 원자단의 전이 반응이 있습니다.

3. 가수분해효소
물 분자를 가하여 기질의 공유 결합을 가수분해하는 효소로서 영양소의 소화 및 식품의 조리, 가공, 저장과 밀접한 관계를 가지고 있습니다. 아마이드 결합, 펩타이드 결합, 글루코 사이드 결합, 에스터 결합 등의 가수분해 반응이 있습니다. 탄수화물을 가수 분해하는 탄수화물 분해효소(carbohydrase), 지방을 분해하는 지방분해효소(lipase), 단백질을 분해하는 단백질 분해 효소(protease)로 분류됩니다.

4. 제거 효소
가수분해에 의하지 않고, 기질에서 카복실기, 알데하이드기, NH3, H2O 등의 원자단을 분리하여 기질에 이중결합을 만들거나, 반대로 이중결합에 이 원자단을 부가시키는 반응을 촉매 합니다. 탈수 반응, 탈암모니아 반응, 탈 알데하이드 반응 등이 있습니다.

5. 이성화효소
이 효소는 분자 내에서의 기질 분자의 분자식은 변화시키지 않고 단지 분자구조를 바꾸는 데에 관여하는 효소입니다. 이성화 반응, 시스-트랜스 전환 반응 등이 있습니다.

6. 합성효소
ATP 또는 이와 유사한 물질을 이용하여 어떤 두 분자를 결합하는 반응을 촉매하는 효소입니다.