효소반응의 최적pH

요약 효소가 반응을 일으키기에 가장 적당한 pH로 최적 pH에서 반응속도가 가장 빠르다. 

효소는 단백질로 이루어진 물질이다. 단백질은 무수히 많은 아미노산들이 연결되어 있는 고분자이다. 대부분의 단백질들은 아미노산들이 일렬로 배열되어 있는 긴 사슬 형태로 존재하는 것이 아니라 실이 엉켜 있는 것처럼 3차원적으로 뭉쳐 있는 구조를 가지고 있다. 그런데 이러한 구조는 주위 환경에 따라 달라질 수 있다. 너무 높은 온도에서는 분자들의 운동이 지나치게 활발해져 원래의 구조를 찾아가지 못하기도 한다. 단백질은 분자 내에서 무수히 많은 수소결합을 이루고 있는데, pH에 따라 수소결합 정도가 달라져 구조가 바뀐다. 효소의 이러한 구조 변화는 반응속도에 영향을 미치게 된다. 각각의 효소는 특정 기질에 대해 특이적으로 반응하는데, 이때 효소가 기질을 가려내는 데에 3차원적인 구조가 가장 중요하다. 마치 각각의 열쇠가 그에 맞는 자물쇠가 있는 것처럼 효소 역시 그 구조에 따라 맞는 기질이 존재하는 것이다. 그런데 pH가 변하면서 효소의 구조가 바뀌게 되면 효소는 여태껏 특이적으로 반응했던 기질과 효과적으로 결합하지 못하게 된다. 열쇠 홈의 한 부분이 휘어지면 자물쇠를 열기 힘든 것과 마찬가지다. 이렇게 효소는 pH에 따라 구조가 변하고, 구조 변화가 효소의 활성에 영향을 미치게 된다. 그리고 각각의 효소마다 기질에 특이적으로 결합하기에 가장 알맞은 구조를 갖게 하는 pH가 존재하게 된다. 이때의 pH를 각 효소의 최적 pH라 한다.

예를 들어, 위장에서 활동하는 펩신은 단백질을 분해하는 소화효소로서, 최적 pH가 2이다. 만약 위의 pH가 7이라면, 펩신은 pH 2에서와는 다른 구조를 갖게 되고 활성이 떨어져 단백질을 쉽게 분해하지 못할 것이다. 위에서 위산이 분비되는 이유가 바로 여기에 있다. 염산을 주성분으로 하는 위산을 분비함으로써, 펩신의 작용이 최대화되는 pH 2로 위장의 pH를 맞춰주는 것이다. 이 때문에 펩신은 최적 pH인 pH 2의 환경에서 좋은 활성을 보이며 단백질을 분해할 수 있다. 또 소장에서 지방을 분해하는 효소인 리파아제는 약염기성상태인 pH 8이 최적 pH이다. 만약 위장에서 산성화된 물질들이 소장에 그대로 내려오면 리파아제는 제 능력을 발휘하지 못하게 된다. 따라서 위와 소장을 연결하는 기관인 십이지장에 pH 7.8~8.6인 쓸개즙이 분비되어, 산성화된 물질들을 약염기성으로 바꿔준 후 소장으로 내려 보낸다.