생물 에너지론과 효소

생물 에너지론이란 하나의 화학적 에너지로써 단위는 KJ을 사용한다

이는 에너지로 구현될때 열로 약간 손실이 되며, 깁스에너지처럼 자유에너지 변화로 델타G, dG를 사용하게 된다

dG0', 0프라임을 표기하는 것으로는 pH가 7, 섭씨 25도(25℃), 1기압을 표시하는 것이다

깁스 자유 에너지와의 차이점으로 단순히 자발적 반응, 비자발적 반응만 없다고 생각하면 된다

dG<0 일시에 에너지 방출(Exergonic), 발열 반응(Exothermic reaction) 을 하게 된다

dG>0 일시에는 에너지 흡수(Endergonic), 흡열 반응(endothermic reaction) 을 하게 된다

반응에서 자유에너지 계산시, 반응물과 생성물의 자유 에너지를 알아야한다

A+B <=> C+D 로 이루어질텐데 Gf0 로 이뤄지게 되는데 대부분의 Gf값은 0보다 작다

양수의 G값을 갖는 것은 대표적으로 이산화질소(N2O, Nitrons Oxide)로 +104.2KJ/mol 을 가진다

dG0' 계산식으로는 dG0'=Gf0[C+D]-Gf0[A+B] 가 된다

여기에서 C+D는 생성물, A+B는 반응물이다

dG=dG0'+RTlnK 는 반응에서 실제적인 농도를 고려한 자유에너지 평형의 상태이다

촉매작용과 효소를 배우기 전에 활성화 에너지(Activation energy)를 알아두어야한다

활성화 에너지는 분자의 반응상태를 만들기 위한 에너지이며, 이를 낮추기 위해서 촉매(Catalyst)를 사용한다

촉매를 사용하게 된다면, 반응속도를 약 10^8배에서부터 10^20배까지 소비없이 높이게 된다

생물학적인 촉매를 효소(Enzyme)이라고 하며 이는 단백질로 구성되며 몇몇은 RNAs로 구성되어져 있다

효소(E)는 한 종류의 반응만 촉매작용하게 되며 기질(Substrate, S)와 결합하게 되며, 기질보다 크다

이로써 효소 기질 복합체(Enzyme-Substrate complex, E-S)를 구성하게 되며 이로써 생성물(Product, P)를 형성하게 된다

(이미지 출처 : http://image.slidesharecdn.com/chemistry-5-151125194854-lva1-app6892/95/chemistry-52enzymesmichaelismentonkinetics-3-638.jpg?cb=1448480981)

이를 간략히 표현하면, E+S<=>E-S<=>P 가 된다

효소는 보결분자단(Prosthetic group)과 조효소(Coenzyme)으로 구성된다

보결분자단은 공유결합으로 영원히 결합되어 있는 것이며 시토크롬, 사이토크롬 헴기가 대표적 예시이다

조효소는 하나의 조효소가 여러 종류의 효소와 반응하는 것이 특징이며 대부분 비타민 유도체로 NAD+와 NADH가 그 예시이며 이들은 중간 매개체로 활용하게 된다

이러한 효소의 작용은 2가지 특징을 지니게 된다

첫번째, 효소의 기질과 결합하는 것이다

두번째, 기질이 효소의 활성부위에 있는 활성 아미노산과 만나야하는 것이다

예시로 리소자임은 효소의 촉매작용을 한다

효소는 에너지가 낮은 기질로 높은 에너지를 갖는 생성물로도 가능한다, 물론 충분한 에너지를 요구하는 반응이다

ATP 가수분해로, 에너지 요구반응(Energy requesting reaction)과 에너지 생성반응(energy yielding reaction)이 짝을 이뤄야하는 점이 있다

이론상 모든 효소는 가역적 반응이지만, 고자유 에너지 방출, 에너지 흡수 반응은 촉매 효소가 단일 방향으로 이루며 가역 반응시에는 단른 가역반응을 촉매하는 것이 특징이다