[자연과학의 이해] 효소의 특성과 작용, 반응 (효소의 특성, 구조, 분류, 작용, 고정화, 센서, 대규모 생산, 의학 및 산업적으로 활용되는 효소의 종류, 고정화 효소 응용 예, 효소 반응 속도론)

소개글

[자연과학의 이해] 효소의 특성과 작용, 반응 (효소의 특성, 구조, 분류, 작용, 고정화, 센서, 대규모 생산, 의학 및 산업적으로 활용되는 효소의 종류, 고정화 효소 응용 예, 효소 반응 속도론)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 효소의 특성
2. 효소의 구조

3. 효소의 분류
① 산화환원 효소(oxidoreductase)
② 전이효소(transferase)
③ 가수분해효소(hydrolase)
④ 탈이효소(lyase)
⑤ 이성화효소(isomerase)
⑥ 합성효소(synthetase)

4. 효소의 작용

5. 효소의 고정화
① 포괄법(가두기)
② 흡착법
③ 공유결합법
④ 가교화법

6. 효소 센서
① 효소 센서의 제작
② 효소 센서의 측정원리와 응답
③ 효소 센서의 예

7. 의학 및 산업적으로 활용되는 효소의 종류
① 산업적으로 사용되는 효소
② 효소의 의학적 사용

8. 효소의 대규모 생산
9. 고정화 효소 응용 예
10. 효소 반응 속도론

본문내용

효소가 결합하여 복합효소를 만들며, 기질로부터 최종전자수용체에 도달하는 전자전달사슬을 구성하는 경우도 많다. 피리딘효소, 플래빈효소, 헴효소, 퀴논관계의 효소 등이 그 예이고, 모두가산화형과 환원형으로 흡수스펙트럼이 현저하게 다르기 때문에 반응을 비교적 용이하게 측정할 수 있다. 한편 반응성이 강하고 생체 내의 기능과 관계없이, 특히 산소 등 각종 수용체와 반응하는 특징도 있다.
② 전이효소(transterase)
전이인자가 전위할 때의 재조합반응에 작용하는 효소. 전이인자는 전위성 유전인자의 하나로 DNA에 있는 부위에서 별도의 부위로 전위하는 DNA단위이며, 그 내부에 전이효소를 코드하고 있다. 전이효소는 전이인자의 말단에 존재하는 역방향 반복배열에 결합하여, 전이인자의 말단의 DNA에 절단을 넣어 전위의 표적부위와의 DNA재조합반응을 일으킨다. 생화학적으로 잘 해석되어 있는 것은 전이인자의 하나인 Mu파지의 전이효소이다. DNA사슬의 전이반응에는 Mu파지의 A단백질, Mu파지의 B단백질, 그리고 대장균HU단백질이 필요한 것으로 되어 있다. 그동안 A 단백질이 전이효소이고, Mu파지 DNA의 말단과 내부의 엔증폭체영역에결합하여 DNA사슬의 절단과 재결합에 중심적인 역할을 하는것으로 생각하였다. 최근, 여러 가지 전이인자의 전이효소와 레트로바이러스나 레트로전이인자의 이입에 관여하는 삽입효소간에 그 배열이나 작용기구의 유사성을 지적하고 있다.
③ 가수분해효소(hydrolase)
효소분류 주군의 하나로 가수분해반응을 촉매하는 효소의 총칭. 반응형식은 A-B+H2O→AOH+BH으로 나타낸다. 분해되는 결합이나 화합물의 종류에 따라 분류된다
1) 에스테르결합, 에스테르가수분해효소.
2) 글리코실 화합물. 글리코시드가수분해효소(예: 아밀라아제·뉴클레오시다아제).
3) 에테르결합, 티오에테르결합과 에테르결합.
4) 펩티드결합. 펩티드가수분해효소, 프로테이나아제를 포함한다.
5) 펩티드결합 외의 C-N결합(예: 아미다아제).
6) 산무수물(예: ATP-ase·피로인산가수분해효소).
7) C-C결합.
8) 할로겐화물.
9) P-N결합.
10) N-S결합.
11) C-P결합.
가수분해효소는 일반적으로 조효소를 포함하지 않는다. 반응은 조건에 따라 역행이 가능하지만 합성은 다른 경로에 따라 일어나는 경우가 많다. 또한 기 전이반응을 촉매하는 경우도 있어, 반드시 전달효소와의 구별이 뚜렷하지는 않다. 생물에서의 고분자물질의 가수분해는 영양물 흡수에 중요하기 때문에 세포외 효소로서 방출하는 경우가 많다.
④ 분해효소(lyase)
기질에서 가수분해나 산화를 통하지 않고 어떤 기를 탈리시켜 이중결합(경우에 따라 고리형 화합물)을 남기는 반응을 촉매하는EC 4군 효소의 총칭. 반응은가역적이고, 역반응에서는 이중결합으로 부가반응이 일어나기때문에 부가효소라고 한다. 부가반응은 2기질반응이고, 탈리반응은 1기질반응이다. 촉매하는 반응이나 탈리기에 의해 알돌라아제, 탈카르복실화효소, 디히드라타아제, 카르복시키나아제 등으로 분류한다. 탈리하는 반응이 탄소-탄소간 결합 이외의 경우는 각각 탄소-질소분해효소(carbon-nitrogen lyase,EC4.4군), 탄소-황분해효소(carbon-sulfur lyase, EC4.4군), 탄소-할로겐분해효소(carbon-halide lyase, EC4.5군), 인-산소분해효소(phosphorus-oxygen lyase, EC4.6군) 등이라 한다. 약300종이 알려져 있지만 대부분 조효소가 필요하다. 아미노산에 작용하는 효소로는 피리독살인산, 케토체에 작용하는 효소로는 티아민이인산, CO2에 관계하는 것으로는 비오틴, 옥소산에 관계하는 것은CoA, 탈수반응을 하는 것은cobamide를필요로 하는 것이 많다. Zn2+, Mg2+, Mn2+ 등의 2가금속을 필요로 하는 것도 많다. 생합성에서 중요한 효소가 많고, 합성반응을 중시하는 경우는 생성효소라고 한다.
⑤ 이성화효소(isomerase)
효소의 계통적 분류에 있어서 제5류(EC5.―)에 속하는 효소 군을 말하며, 어떤 이성체를 다른 이성체로 상호교환 시키는 반응을 촉매함. 이성화 효소는 다음과 같이 크게 나누어짐. (1)광학이성화를 촉매하는 rasemase, epimerase. (2)기하이성화를 촉매하는 cis-transisomerase. (3)분자 내 산화환원을 촉매하는 ketol isomerase. (4)분자내 기의 전이를 촉매하는 mutase. (5)폐환반응을 촉매하는 cyclo isomerase가 있고, 각각의 효소반응 기구는 다름.
⑥ 합성효소
합성효소(syn-thetase)와 생성효소(synthase)를 포함하는 합성반응을 촉매하는 효소. 합성효소는 ATP 등의 고에너지결합의 가수분해를수반하여 2개의 분자를 결합시키는 반응을 촉매하며(예: 아실CoA합성효소 등) 연결효소(ligase)라고도 한다. 생성효소는ATP의 가수분해를 수반하지 않는 합성반응을 촉매(예: 시트르산합성효소)한다. 분해효소(lyase, 가수분해나 산화환원에 의거하지 않고 기질에서 어떤 기를 탈리시키는 반응을 촉매하는효소) 중에서 합성방향으로의 반응에 특징이 있는 것은 생성효소로 구분하는 것이 된다.
4. 효소의 작용
효소는 기질과 결합하여 효소-기질 복합체(enzyme-substrate complex)를 형성함으로써 반응의 활성화 에너지(activation energy)를 낮추는 촉매 역할을 한다,
어떤 물질들이 모여서 화학반응을 하려면 이 물질들이 서로 결합하거나 충돌할 만큼 에너지를 가져야 하는데, 이런 상태가 되는 데 필요한 에너지를 그 물질의 활성화 에너지라 한다. 효소는 이런 활성화 에너지를 낮추어 줌으로써 생물체 내의 화학반응을 촉진시킨다.
효소에 의해 촉매되지 않은 반응은 활성화 에너지가 많이 필요하지만, 효소에 의해 촉매된 반응은 활성화 에너지가 더 적게 필요하다. 두 가지 반응 모두 반응하기 전의 에너지와 반응이 끝난 후의 에너지는 같다. 즉, 두 반응 모두 반응 전과 반응 후의 에너지 차이는 같다. 다만 효소는 반응이 시작하기 위해 필요한 활성화 에너지를 낮추어 줌으로써 반응이 좀더 쉽고 빨리 일어날 수 있도록 도

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