본문내용
1. 서론
1.1. 생체촉매(효소)의 특성 이해
모든 화학반응은 반응물질 외에 미량의 촉매가 존재함으로써 반응 속도가 현저히 증가하는데, 생물체 내에서도 모든 화학반응이 이 촉매에 의해 속도가 빨라진다. 다만 무기 반응의 촉매와는 달리 생물체 내의 촉매는 단백질로 구성된 효소이다.
효소란 이러한 단백질로 구성된 생물체 내의 촉매를 통틀어 일컫는 말이다. 효소가 화학반응 속도를 빠르게 하는 것은 활성화 에너지를 낮추기 때문이다. 효소가 존재하면 효소-기질 복합체가 형성되는데, 이것이 형성되는데 필요한 활성화 에너지는 효소가 없을 때의 반응의 활성화 에너지보다 훨씬 작다. 따라서 효소가 존재하지 않을 때에 비해 훨씬 손쉽고 빠르게 반응이 일어날 수 있다.
효소는 아무 반응이나 비선택적으로 촉매 하는 것이 아니고, 한 가지 효소는 한 가지 반응만을, 또는 극히 유사한 몇 가지 반응만을 선택적으로 촉매 한다는 기질특이성을 지닌다. 이는 효소와 기질이 마치 자물쇠와 열쇠의 관계처럼 공간적 입체구조가 꼭 들어맞는 관계로 인해 나타나는 특성이다.
효소는 단백질로 구성되어 있기 때문에 열과 pH 변화에 따라 변성되어 활성이 달라진다. 일반적으로 화학 반응의 속도는 온도의 상승과 함께 증가하지만, 효소는 단백질의 특성상 온도가 너무 높아지면 변성되어 활성이 낮아진다. 따라서 효소는 특정 온도 범위에서만 최대 활성을 나타낸다. pH의 경우에도 각 효소가 주로 작용하는 기관의 pH와 관련이 깊어, 그 pH 조건에서 최고로 활성화된다.
이 외에도 효소는 입체 이성질체나 cis-trans 이성질체, 광학 이성질체 등의 특정 이성질체에 대한 특이성을 가지고 있다. 또한 화학 반응 도중 변화되지 않고 재사용될 수 있는 촉매의 특성을 지닌다.
1.2. 생체촉매와 무기촉매의 비교
무기촉매는 화학반응을 촉진시키지만 생체촉매인 효소와는 그 작용 메커니즘이 다르다. 효소는 생물체 내에서 단백질로 구성되어 있으며 화학반응 속도를 현저히 높여준다. 이에 반해 무기촉매는 비유기물로 구성되어 있다.
효소는 기질 특이성을 가지고 있어 한 가지 효소는 한 가지 반응만을 선택적으로 촉매한다. 또한 효소는 온도와 pH 변화에 매우 민감하여 생리학적 조건에서 최적으로 작용한다. 그러나 무기촉매는 기질 특이성이 없어 다양한 반응을 비선택적으로 촉진할 수 있으며, 온도와 pH에 대한 내성이 크다.
생체촉매인 효소는 단백질로 구성되어 있어 고온이나 강산성, 강염기성 조건에서 변성될 수 있다. 이에 비해 무기촉매는 이러한 극단적인 조건에서도 안정적으로 작용할 수 있다.
효소 반응은 상온, 상압에서 매우 효율적으로 일어나며 부산물 발생이 적은 친환경적인 공정을 가능하게 한다. 하지만 효소는 비싼 편이며 유기 용매 환경에서는 활성이 제한적이다. 반면 무기촉매는 상대적으로 저렴하고 다양한 반응 조건에서 활용이 가능하다.
요약하면, 생체촉매인 효소는 기질 특이성, 온도·pH 민감성, 단백질 구조 등의 특성을 가지는 반면, 무기촉매는 비유기물로 구성되어 내구성과 반응 범용성이 높다고 할 수 있다. 이러한 차이점으로 인해 화학반응 촉진을 위한 적용 분야와 조건에서 차이가 있다.
1.3. 실험의 목적 및 연구 배경
본 실험의 목적은 생물체 내에 촉매 작용을 하는 효소가 들어있음을 설명하고, 효소가 무기 촉매와 다른 특성이 있음을 설명하는 것이다. 효소는 무기 반응의 촉매와 달리 단백질로 구성된 생물체 내의 촉매이다. 효소가 화학반응 속도를 빠르게 하는 것은 활성화 에너지를 낮추기 때문이며, 효소-기질 복합체가 형성되는 과정에서 활성화 에너지가 크게 감소한다. 따라서 효소가 존재하면 훨씬 손쉽고 빠르게 반응이 일어날 수 있다. 효소는 기질특이성, 온도와 pH 변화에 대한 민감성, 촉매로서의 특성 등 독특한 특징을 가지고 있어 무기 촉매와 차이가 있다. 실험을 통해 이러한 효소의 특성을 이해하고 무기 촉매와의 비교를 통해 생체 촉매로서의 효소의 중요성을 확인하고자...
