📌 먼치 POINT

1.촉매란?

• 활성화 에너지를 낮춰 반응이 쉽게 일어나도록 돕는 매체
  - 화학 반응을 위해서 필요한 에너지가 활성화 에너지

2.효소의 기능

• 효소는 우리 몸에서 촉매의 기능

• 술자리에서의 효소
  - 알코올 +효소 → 알데하이드 : 숙취의 원인
  - 알데하이드 + 효소 → 산
  - 동앙인은 알데하이드를 만드는 효소를 많이 보유해, 상대적으로 술에 약함

• 소화에서 효소
  - 소화하는 과정은 단백질 분자를 토막 자르는 것
  - 이후 흡수를 도움

촉매란 무엇인가?

촉매는 화학 반응에서 자신은 바뀌지 않으면서 반응을 빠르게 하거나 느리게 하는 물질입니다. 우리는 보통 반응을 빠르게 하는 촉매에 관심이 있습니다. 촉매는 반응물을 붙잡아서 반응이 잘 일어나도록 하는데, 자신은 바뀌지 않기 때문에 같은 일을 계속 반복할 수 있습니다.

촉매는 기적을 일으키는 물질입니다. 불가능한 반응을 가능하게 하기 때문입니다. 과거 질소비료를 만들 때 이러한 촉매가 결정적인 역할을 했습니다. 이를 하버-보슈법이라 하는데, 이 공법을 개발한 프리츠 하버와 카를 보슈는 이 업적으로 모두 노벨상을 받았습니다. 이 공정이 비료 제작에 사용되어 수십억 인구를 먹여 살리는 데 지대한 공헌을 했기 때문입니다.

연소 반응

촉매가 왜 필요한지 이해하기 위해 가장 일반적인 연소 반응을 생각해 보겠습니다. 연소 반응이란 물질이 산소와 반응해서 빛과 열을 내는 반응입니다. 종이와 나무, 촛불 등이 타는 반응이죠.
종이의 경우 불을 붙이면 종이의 탄소가 공기 중의 산소와 만나 이산화탄소로 바뀝니다. 이 과정에서 빛과 열이 나옵니다. 반응 과정을 도표로 나타내면, 반응물인 종이와 산소가 만나 생성물이 되고 이 과정에서 반응열이 나옵니다.

활성화 에너지와 촉매

흥미로운 점은 반응물이 바로 생성물로 가는 것이 아니라 중간에 고개 하나를 넘는다는 것입니다. 즉 처음에 어느 정도 에너지를 가해야 이 반응이 일어날 수 있다는 의미입니다. 이를 활성화 에너지라고 합니다. 이 활성화 에너지가 없다면 종이나 나무가 불을 붙이지 않아도 공기 중의 산소와 반응해서 바로 타버릴 테니까요.

2개의 물질이 만나 화학 반응이 일어나려면 입자가 서로 충돌해야 하고, 그것도 입자들이 일정한 양 이상의 에너지를 갖고 있어야 비로소 반응을 시작할 수 있습니다. 이 최초의 마중물 역할을 하는 에너지가 바로 활성화 에너지입니다. 어떤 반응의 경우 이러한 활성화 에너지가 매우 큽니다. 그런 경우 좀처럼 반응이 일어날 수 없는데, 이때 필요한 것이 바로 촉매입니다. 촉매는 활성화 에너지를 낮춰 반응이 쉽게 일어날 수 있게 합니다.

생체 촉매, 효소

우리 몸에서 이러한 촉매 역할을 하는 것은 특별히 효소라고 합니다. 생체 촉매인 것이죠. 영어로는 엔자임(enzyme)인데, '효모 안에 들어있다'는 뜻이라고 합니다. 인류가 수천 년 전부터 효모를 사용해서 술을 빚었는데, 이러한 효모가 알코올 발효를 일으킨다는 것을 일찌감치 알아차렸던 것입니다.
우리 몸에 촉매가 없으면 사실 우리가 살아갈 수가 없습니다. 이 촉매를 다른 단어로 효소라고 하는데, 효소는 결국 단백질들입니다. 단백질들이 대부분 하는 역할이 이런 촉매 역할을 많이 합니다.

예를 들어서 우리 몸 안에서는 세포에서 DNA를 복제합니다. DNA를 복제하는 단백질이 결국은 촉매 역할을 해서 복제를 하는 것이고, 또 DNA의 서열 정보를 읽어서 거기서 단백질을 만들어냅니다. 그 과정에 관여하는 모든 단백질들이 다 효소이고, 그것이 다 촉매라고 할 수 있습니다.

알코올 분해와 효소의 역할

연말 연시가 되면 술자리가 잦아지는데, 알코올 대사는 굉장히 중요한 신체에서 일어나는 화학 반응입니다. 이 알코올 대사에도 효소가 관여합니다. 두 가지 종류의 효소가 관여하는데, 알코올이 먼저 한 번 효소가 들어가서 아세트알데하이드라는 것으로 변형되고, 이 분자는 다음 촉매를 만나서 산을 만듭니다.

산은 최종적으로 이산화탄소와 물이 되어서 우리 몸에서 문제를 일으키지 않습니다. 그렇기에, 알코올, 알데하이드, 산 이렇게 놓고 봤을 때 문제를 일으키는 것은 알데하이드입니다. 이것이 머리도 아프게 하고 얼굴도 화끈화끈하게 하고 속도 울렁울렁하게 합니다. 술 마셨을 때 고통을 겪게 만드는 것이 바로 이 알데하이드입니다.

동양인이 숙취가 심한 이유

흥미롭게도 알데하이드를 만드는 첫 번째 효소는 우리 동아시아 사람들에게 더 많이 있다고 합니다. 그래서 금방 알데하이드가 만들어집니다. 무슨 말이냐 하면 몸에 안 좋은 것이 많이 만들어지는 것입니다. 반면 우리 동아시아인들이 가진 특징 중 하나는 두 번째 효소가 상대적으로 작은 사람이 많다는 것입니다. 두 번째 알데하이드에서 그 다음 반응을 넘기는 효소가 작으면, 술을 마시면 조금 있으면 괴로워지기 시작하고 그 괴로움이 굉장히 오래 갑니다.

하지만 놀랍게도 술을 마셔서 우리를 무척 괴롭게 만드는 이 효소의 불균형이 사실은 우리에게는 축복이기도 합니다. 동아시아인들은 알코올 중독, 알코올 의존성 질환이 적게 걸린다고 합니다. 술을 마시면 너무 괴롭기 때문입니다. 실제로 알코올 의존성 치료에도 두 번째 효소의 반응을 못하게 만드는 것을 약으로 써서 알코올 중독을 치료하는 약물로 쓴다고 합니다.

소화 과정과 효소

연말 연시에 술뿐만이 아니라 과식으로 소화불량에 시달리는 경우도 있는데, 소화에도 역시 효소가 관여합니다. 우리가 음식을 먹으면 음식을 소화하는 과정에도 당연히 다양한 효소들이 작용합니다. 탄수화물, 지방, 단백질에 다 다른 반응들이 있기 때문입니다.
단백질을 예로 들어보면, 단백질은 둥글둥글하게 그려지고 아령 모양으로 그려져 있지만 사실 단백질은 그런 모양을 갖는 분자가 아닙니다. 실제 분자는 그냥 길쭉한 하나의 실이고, 이 실이 엉겨 있습니다.

단백질을 소화하는 과정이라는 것은 다름 아닌 이 실을 토막 자르는 것입니다. 단백질은 20개의 아미노산이 연결되어 있는데, 이 연결된 아미노산을 잘라서 작은 아미노산으로 만들어서 몸에 흡수해서 다음 반응에 쓰이게 만드는 것이 소화의 과정이고, 이 과정에 반드시 효소가 참여하도록 되어 있습니다.
만약에 효소가 없다면 고기를 먹어도 기운이 안 납니다. 고기 먹고 기운 나게 되는 이유는 우리 몸속에 있는 효소가 아주 부지런히 일해주기 때문입니다.

효소의 놀라운 속도

효소마다 기능의 효율이 다르긴 하지만, 어떤 것들은 한 100만 배 정도 빠르게 하는 것도 있고, 어떤 반응은 10의 17승 배까지 빠르게 합니다. 간단하게 생각하면 한 천만 년 정도 걸릴 반응을 거의 한 1~2초 만에 일으키는 효소들도 있습니다.
몸속에 효소가 없으면 단백질을 한번 먹으면 그것이 오래 갈 수 있지만, 그러지 않고 효소가 잘게 잘게 쪼개줍니다. 결국은 단백질 분자의 결합을 쉽게 끊게 활성화 에너지를 낮춰주는 것입니다. 효소가 없으면 우리는 살 수 없습니다. 그래서 우리 몸 안의 효소는 굉장히 중요합니다.

마무리하며

효소는 불가능한 것을 가능하게 만들 정도로 놀라운 촉매입니다. 화학이 얼마나 중요한지, 그리고 인체가 얼마나 경이로운지를 새삼 느끼게 해주는 존재입니다. 우리 몸속에서 일어나는 수많은 화학 반응들이 효소라는 생체 촉매 덕분에 가능하며, 이것이 바로 생명을 유지하는 핵심 메커니즘인 것입니다.

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CC BY 라이선스 | 교정 SENTENCIFY | 에디터 하윤아