활성화에너지, 효소 활성, 물의 균형

 살아 있는 생물은 방대한 화학물질을 지니고 있으며, 무수한 화학반응이 생물의 분자 구성을 끊임없이 변화시키고 있습니다. 어떤 의미에서, 살아 있는 생물은 화학반응을 통해 파트너를 끊임없이 변화시키는 분자 "무용수"들이 춤을 추는 복잡한 "화학 스퀘어 댄스"와 같습니다. 생물에서 일어나는 모든 화학반응을 총괄하여 대사라고 합니다. 그러나 대부분의 화학반응은 어떤 도움 없이 일어나지 않습니다. 대부분의 경우 화학반응을 촉진하는 단백질인 효소의 도움이 필요합니다. 살아 있는 세포는 서로 다른 화학반응 촉매하는 수천 종의 서로 다른 효소를 가지고 있습니다. 화학반응이 시작되기 위해서는 반응물 분자에 있는 화학결합이 깨져야만 합니다. 이 과정은 그 분자가 주위 환경으로부터 에너지를 흡수해야 합니다. 다시 말하면, 대부분의 화학반응에서 세포는 더 많은 에너지를 만들기 위해 적은 에너지를 소비해야만 합니다.

 

 당신은 이 개념을 자신의 생활과 쉽게 연관 지어 볼 수 있습니다. 당산의 방을 정리하려면 노력이 들지만, 이것은 결국 더 많은 에너지를 소비하지 않도록 당신을 구해주는 일이 됩니다. 왜냐하면 당신은 당산의 소지품들을 찾지 않아도 되기 때문입니다. 반응을 개시하는 데 투입되어야 하는 에너지를 활성화를 에너지라고 하는데 그 이유는 이 에너지가 반응물을 활성화해서 화학반응을 일어나도록 하기 때문입니다. 효소는 반응 분자의 결합을 끊는 데 필요한 활성화에너지의 양을 낮추어 줌으로써, 대사가 일어나도록 해줍니다. 만일 당신이 활성화에너지를 화학반응에 대한 장벽으로 생각한다면, 효소의 기능은 바로 이 장벽을 낮추는 것입니다. 반응 분자에 결합하고 물리적 또는 화학적 스트레스에 놓이게 됨으로써 이것은 이들 결합을 끊고 반응을 시작하게 해줍니다. 

 효소는 그것을 촉매하는 반응에서 매우 선택적입니다. 이러한 선택성은 효소의 기질이라고 하는 어떤 반응 분자를 인식하는 효소의 능력에 근거합니다. 활성부위라고 하는 효소의 특정 부위는 기질 분자에 잘 들어맞는 모양과 화학적 성질을 가진다. 활성부위는 보통 효소의 표면에 있는 주머니 또는 홈입니다. 기질이 이 결합한 위치에 미끄러져 들어오면, 활성부위는 기질을 감싸 안기 위해 모양을 약간 변화시키고, 그 반응을 촉매합니다. 이렇나 상호작용을 유도적응이라고 하는데, 그 이유는 기질이 들어오면서 효소의 모양을 약간 변화시켜 기장과 활성부위 사이가 꼭 들어맞도록 해주기 때문입니다. 이것은 우리가 악수할 때와 같아서, 당신의 손이 다른 사람의 손과 서로 맞닿게 되면, 더 잘 잡기 위해 손 모양을 약간 변화시키는 것을 생각해 보면 됩니다. 

 

생성물이 활성부위로부터 떨어져 나온 다음에, 효소는 또 다른 기질 분자를 받아들일 수 있게 됩니다. 사실 이처럼 반복적으로 기능하는 능력이 효소의 핵심적인 특징입니다. 이당류인 젖당을 가수분해하는 효소인 락타아제의 작용이 있습니다. 이러한 효소는 젖당불내성인 사람들에서 생산이 부족하든지 결함이 있습니다. 락타아제와 같이, 많은 효소는 그 효소의 기질 뒤에 어제를 붙여 효소 이름으로 사용합니다.

 

 

아미노산 전이효소

 

물의 균형

 선택적 투과성막을 통한 물의 확산을 삼투라고 합니다. 용질은 액체인 용매에 용해되어 있는 물질이며, 그런 혼합물을 용액이라고 합니다. 예를 들어, 소금물 용액은 물(용매)에 용해된 소금(용질)을 함유하고 있습니다. 다른 농도의 용지로 된 두 개의 용액을 분리하는 막을 상상해 봅시다. 고농도의 용질로 된 용액은 그 다른 용액에 비해 고장성이라고 합니다. 저농도의 용질로 된 용액은 그 다른 용액의 농도를 가지므로 대신 더 높은 물의 농도를 갖는다는 것을 주목해야 합니다. 그러므로 물은 농도구배에 따라 물 농도가 높은 지역(저장액)에서 물 농도가 낮은 지역(고장액)으로 막을 통과해 확산됩니다. 이것은 용질의 농도차이를 줄이고, 두 용액의 부피를 변화시킵니다. 

 

 사람들은 식품을 보존하기 위해 삼투의 장점을 이용할 수 있습니다. 돼지고기와 대구 같은 것들을 절이기 위해 소금이 이용됩니다. 소금은 물이 식품으로부터 빠져나오도록 하여 세균과 곰팡이를 번식하지 못하게 합니다. 식품은 꿀에 저장할 수도 있는데, 그것은 높은 당 농도가 식품으로부터 물이 빠져나오도록 해주기 때문입니다.

 

 막을 사이에 두고 두 용질의 농도가 같을 때, 물분자는 양쪽 방향으로 같은 속도로 이동하기 때문에 용질의 농도에서 순 변화는 없게 됩니다. 같은 농도의 용질을 가진 용액들은 등장성이라고 합니다. 예를 들어, 불가사리와 게 등과 같은 많은 해양 동물들은 바닷물과 등장성이기 때문에, 그것들 전체는 환경으로부터 물을 잃거나 얻지 않습니다. 병원에서, 환자에게 투여되는 정맥 주사액은 혈액세포에 등장성이어야 손상을 면할 수 있습니다.