효소에 기질이 결합하는 것에 대한 두 가지 모델

효소에 기질이 결합하는 것에 대한 두 가지 모델

효소-촉매반응에서 효소는 반응물의 하나인 기질(substrate)에 결합하여 복합체를 형성합니다. 복합체의 형성은 전이상태의 형성으로 이어지고 이어서 생성물이 생성됩니다. 효소반응에서 전이상태의 본질은 그 자체가 큰 연구 분야입니다. 기질은 대개 활성 부위라 불리는 효소의 작은 부위에 비공유 결합으로 결합합니다. 효소의 활성 부위는 종종 단백질 내의 틈이나 오목한 곳에 자리 잡고 있으며, 효소 활성에 필수적인 특정 아미노산으로 구성되어 있습니다. 촉매반응은 활성 부위에서 대개 몇 단계를 거쳐 일어납니다. 

효소 기질결합 모델, 위키피디아

자물쇠-열쇠 모델(lock-and-dey model)

기질의 모양과 효소 결합 부위의 기하학적 형태가 매우 유사하다고 가정합니다. 기질은 자신과 상보적인 모양을 한 부위에 결합합니다. 마치 자물쇠에 꼭 맞는 열쇠와 같거나 3차원 조각그림 맞추기 퍼즐과 비슷합니다. 이 모델은 단백질 입체구조의 유연성이라는 중요한 성질을 고려하지 않았으므로 지금은 거의 역사적으로만 흥밋거리입니다.

유도-적합 모델(induced-fit model)

기질이 결합되면 효소의 입체구조 변화가 유도되어 기질의 결합 후에 상보적으로 꼭 들어맞게 됩니다. 기질이 효소에 결합하기 전에는 결합 부위의 3차원적인 모양이 다릅니다. 전이상태의 본질과 효소-촉매반응에서 일어나는 활성화 에너지의 감소를 고려하면, 유도-적합 모델은 역시 더욱 매력적입니다. 효소와 기질이 결합하여 ES 복합체를 형성해야만, 그 밖의 어느 일이라도 일어날 수 있습니다. 효소는 ES 복합체의 에너지는 높이고 전이상태인 EX++의 에너지는 낮춤으로써 반응속도를 증가시키는 것으로 밝혀졌습니다. 

기질이 결합하여 전이상태가 형성된 후에야 촉매작용이 일어날 수 있습니다. 이것은 결합이 재배치되어야 한다는 것을 의미합니다. 전이상태에서 기질은 자신이 반응하려는 원자에 가까이 결합되어 있습니다. 더욱이 기질은 그러한 원자들에 대해 올바른 방향으로 놓여 있습니다 이 두 가지 효과, 즉 근접성과 방향성 때문에 반응이 빨라집니다. 결합이 절단되고 새로운 결합이 형성됨에 따라 기질이 생성무로 변형됩니다. 생성물이 효소에서 방출되면, 이 효소는 이제 더 많은 기질과 반응하여 더 많은 생성물을 만드는 반응을 촉매 할 수 있습니다. 각 효소는 자신만의 독특한 촉매작용 방식을 가지고 있는데, 이것은 효소의 특이성이 엄청나게 크다는 측면에서 보면 놀랄 만한 일이 아닙니다.

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌