Chapter 14. 화학반응속도론 (Chemical Kinetics)_B_효소 (Enzyme) 역사

지난 글에 작성한 것을 "Chapter 14. 화학반응속도론 (Chemical Kinetics)_A"으로 보면 될 것 같다. 이번 글은 "B"의 글인데, 즉, 14.6, 14.7을 정리할려고 한다. 하지만, 이 또한 "Chapter 14. 화학반응속도론 (Chemical Kinetics)_A"에 다루었기 때문에 정말 요약 정도로 생각하면 될것 같다. 일반화학 정리 내용이 필요하다면, A와 B만 보아도 무방 할 것이다 .하지만, 그럼에도 중간에 게재된 글을 읽었으면 한다. 이유는 간단하다. 조금 더 깊이 알아간다는 것은 더 깊은 것을 알아가기 위한 선제적 조건 이기 때문이다. 자, 이제 Chapter 14를 마무리 해보자. 그리고, 더불어 효소의 대한 역사 역시 정리하고자 한다. 재미있게 읽었으면 좋겠다.

14.6 반응 메커니즘 (Reaction Mechanism)

• 단계적 반응(Elementary Reaction)

      단분자(Unimolecular): 1개 분자가 반응 (1차 반응).

      이분자(Bimolecular): 2개 분자가 충돌 (2차 반응).

      삼분자(Termolecular): 3개 분자가 동시에 반응 (드물게 발생).

• 반응 속도 결정 단계 (Rate-Determining Step, RDS)

       가장 느린 단계가 전체 속도 결정.

       빠른 단계 이후에 느린 단계가 있으면 속도 법칙에 영향 없음.

       빠른 단계가 먼저 발생하면 평형 고려 필요.

• 중간체 (Intermediate): 반응 중 생성되지만 최종 생성물에는 없음.

14.7 촉매 (Catalyst)

• 반응 속도를 증가시키지만 자신은 변하지 않음.
• 활성화 에너지를 낮춤 → 반응 속도 증가.
• 촉매 종류:

       -. 균일 촉매 (Homogeneous Catalyst): 반응물과 같은 상.

       -. 이질 촉매 (Heterogeneous Catalyst): 반응물과 다른 상. (표면에서 반응물이 흡착 됨)

       -. 효소 (Enzyme): 생체 촉매, 매우 특정한 반응을 촉진.

                                --> 기질(Substrate): 효소가 작용하는 분자

                                --> 활성 부위(Active Site): 반응이 일어나는 효소 내 특정 부위.

                                --> 열쇠-자물쇠 모델(Lock-and-Key Model): 특정 기질만 활성 부위에 결합 가능.

 

위처럼 정리 할 수 있을 것 같다. 14.7에 나와 있는 효소는 1878년 독일의 생화학자인 빌헬름 쯔바이처의 의해서 처음 사용되었는데, 이 "효소"의 역사를 알아보자. 

효소의 역사 개요

1. 고대와 중세: 경험적 이용

• 사람들은 고대부터 발효와 같은 생화학적 변화를 관찰하고 이용해 왔다. 예를 들어, 빵을 굽거나 술을 만들 때 자연 발효 과정을 사용했지만, 이 과정에서 ‘효소’라는 개념은 없었고, 단지 ‘발효 현상’ 정도로만 이해했었다.

2. 18세기 말 ~ 19세기 초: 효소의 개념 등장

• 1833년, 독일의 생화학자인 에두아르트 뷔헨하우젠(Eduard Buchner)이 효모 세포를 분쇄한 액체에서 알코올 발효가 일어나는 것을 발견했는데, 즉, 살아있는 세포가 아니라 세포 내부의 어떤 물질이 발효를 촉진한다는 사실을 밝혀 낸 것이다.
• 이 발견은 ‘효소’가 살아있는 생명체 밖에서도 작용할 수 있다는 점에서 획기적이었다.

3. 19세기 중반: 효소라는 용어 탄생과 연구 확대

• 1878년, 독일의 생화학자 빌헬름 쯔바이처(Wilhelm Kühne) 가 ‘enzyme’이라는 단어를 처음 사용했는데, 이 단어는 그리스어로 ‘in leaven(발효 속에)’라는 뜻이다.
• 이후 효소가 특정 화학 반응을 촉진하는 단백질이라는 점이 밝혀지면서, 효소 연구가 본격적으로 발전하기 시작했다.

4. 20세기: 효소의 본질과 구조 이해

• 1926년, 제임스 서머빌(James B. Sumner)이 우레아제(urease)라는 효소를 결정화하는 데 성공했고, 효소가 단백질임을 증명하였다.
• 이후 효소의 작용기작, 활성 부위, 그리고 기질과의 상호작용 등 분자 수준에서 이해가 급속도로 깊어졌다.
• 1958년, 존 켄드루(John Kendrew)와 맥스 페루츠(Max Perutz)가 효소 단백질의 3차원 구조를 X-선 결정학으로 밝혀내 효소의 입체 구조 연구가 가능해지게 되었다.

출처: The FEBS Journal 290 (2023) 2214–2231

5. 현대: 효소 공학과 응용

• 유전자 재조합 기술과 단백질 공학 덕분에 효소의 구조와 기능을 인위적으로 변형해 산업, 의학, 환경 등 다양한 분야에 활용하고 있다.
• 효소는 세포 내에서뿐 아니라 진단, 치료, 친환경 촉매 등 광범위하게 사용되고 있다.

출처: The FEBS Journal 290 (2023) 2214–2231

이처럼, 효소는 또 다른 촉매로써, 중요한 매개체 역할을 한다. 반응의 속도를 개진시킨다는 관점에서 보면 될 것이다. 물론, 우리가 살아가는 현대의 생활 역시 촉매를 사용하는 실례는 무궁하다. 촉매에 대해 알아보면 알아볼 수록, 화학의 깊은 묘미를 깨닫게 될 것이다. 이는, 각원자들의 결합, 즉, 유기물과 무기물과의 결합을 통해 분자를 형성하고, 그것이 또 다른 유기 또는 무기 화합물 제조 (합성)시 필요하다는 것이다. 여기까지 Chapter 14를 정리하였다.