일요주간 - 효소(酵素)! 신체내에서 어떤 역할과 기능을 수행할까

▲ 효소(酵素)는 생명유지 활동을 원활하게 처리하는 일꾼에 비유된다. 효소가 없으면 우리는 생명 유지가 불가능하다.

[일요주간=소정현 기자] 주택을 건축하려면 목재, 시멘트, 철근, 벽돌 등 건축자재와 작업하는 인부가 필요하다. 인체가 생명력을 유지하기 위해서는 단백질, 탄수화물, 지방, 미네랄 등의 영양소와 효소(enzyme)가 있어야 한다. 이중 효소(酵素)는 생명유지 활동을 원활하게 처리하는 일꾼에 비유된다. 효소가 없으면 우리는 생명 유지가 불가능하다.

동물, 식물, 미생물에 이르기까지 모든 생명체를 유지시키는 수많은 생화학 반응들은 거의 모두가 효소에 의해 이루어진다. 효소는 단백질의 일종으로 반응을 일으키는 촉매제 역할을 한다.

모든 음식은 중간에서 흡수 가능한 영양분으로 변화과정을 거치는데 효소는 이렇게 중간에서 영양분으로 변화시키는 역할을 담당한다. 효소의 형태는 색상이 없고 투명하며 둥근 공 모양이다. 효소의 크기는 종류에 따라 분자량이 다르며 효소의 크기는 5~20nm(1nm=100만 분의 1 mm)이다. 대장균 크기는 2000nm정도다. 효소는 이들보다 작아 보통의 현미경으로는 볼 수 없다.

우리 체내의 수천가지의 효소가 있어 생명을 유지하는데 필요한 화학반응을 원활히 진행시킨다. 효소는 이미 2,000 종류 이상이 알려져 있다. 효소의 이름은 끝에 -ase의 접미사가 붙는다. 아밀로스(amylose)의 분해효소인 아밀라아제(amylase)와 같이 작용하는 기질 이름 위에 붙는 경우와 알코올 탈수소화효소(alcoholdehydrogenase)처럼 촉매가 작용하는 반응 명칭 뒤에 붙는 경우가 있다.

또한 효소는 분자량이 큰 고분자 단백질이다. 효소는 아미노산이 124만개부터 1만개 이상 연결된 것으로 인체의 신진대사를 왕성하게 하고, 세포에 활력을 불어넣어 주는 주요한 작용을 한다.

효소는 크게 체내에서 저절로 만들어지는 ‘체내효소’와 곡식·과일·채소 등 익히지 않고 먹는 모든 식품에 존재하는 ‘체외효소’로 나뉜다. 이중 소화효소가 24종류이고 나머지는 모두 대사효소이다. 효소의 종류가 많아야 하는 이유는 각 효소가 한 가지 작업만 수행할 수 있기 때문이다.

예를 들면 탄수화물 분해 효소는 탄수화물 외에 다른 성분의 분해가 불가능하다. 단백질은 프로테아제라는 효소의 작용으로 아미노산으로 분해되며, 지방질은 리파아제라는 효소에 의해 글리세롤과 지방산으로 분해된다. 이처럼 우리의 몸 안에서는 수천가지의 효소에 의하여 수천가지의 화학반응이 한꺼번에 일어나는데 참으로 놀랍기만 하다.

역사적으로 효소의 발견은 1785년 이탈리아 스팔란차니가 동물의 위액을 채취하여 고기에 넣으면 고기가 녹는데, 이때 고기를 삭이는 작용을 하는 물질을 ‘펩신’이란 효소로 불렀고, 이것이 단백질을 분해하는 작용을 하는 최초로 발견된 효소로 알려진다.

1833년 프랑스 페양과 페르소는 보리의 맥아로부터 추출한 액을 이용하여 녹말을 분해 시켰으며, 이 녹말을 분해하는 물질을 디아스타제 효소라고 명명한다. 현재는 아밀라아제(amylase) 명칭을 갖고 있다.

최초로 효소라는 용어를 사용한 사람은 독일 생리학자인 빌헬름 퀴네이다. 1877년 독일의 ‘빌헬름 퀴네’라는 생리학자는 그리스어의 ‘부풀어 오르다’라는 용어를 차용하여 효소에 ‘엔자임(enzyme)이라는 이름을 붙였다.

1897년에 에드워드 채너는 효모의 추출물이 당을 알코올로 발효하는 능력을 가지고 있다는 것을 발견함으로써 발효는 세포로부터 분리돼도 여전히 촉매작용을 할 수 있는 분자에 의해 촉진된다는 것을 알렸다.

효소와 관련된 연구 성과를 인정받아 1907년 에드워드 부흐너가 노벨화학상을 받을 정도로, 인류에 있어서 효소와 그 활용은 매우 중요한 분야로 자리매김했다.

1926년 미국의 섬너가 작두콩에서 우레아제(urease)라는 효소를 결정 상태로 추출하였고, 이 효소가 단백질이라는 사실을 규명하였고, 1930년대에 들어 존 놀쓰롭과 웬델 스탠리가 소화 효소인 펩신과 트립신, 키모트립신을 연구하던 중 순수한 단백질이 효소가 될 수 있음을 증명하였다. 이 세 학자는 1946년에 화학분야에서 노벨상을 수상했다.

효소는 화학적으로는 단순 단백질 또는 복합 단백질에 속하며, 특정한 물질의 화학반응에만 참여하는 특이성(specificity)을 갖는 것으로 정의되어 있다.

특히 효소들은 각기 다른 형태의 활성 자리(active site)를 가지고 있다. 그러므로 효소는 자신의 활성 자리에 딱 알맞게 결합하는 특정한 기질하고만 상호 작용한다. 따라서 효소의 활성 자리의 입체 구조가 기질의 입체 구조와 맞물릴 수 있는 형태일 때에만 결합이 이루어지는 것이다.

보통 이러한 현상을 설명하기 위하여 열쇠-자물쇠 모형을 예로 드는데, 이것은 에밀 피셔에 의해 1894년에 제안된 것이다. 효소의 기질 특이성은 자물쇠의 구멍에 맞는 모양을 가진 열쇠만 자물쇠를 열 수 있는 원리와 흡사하기 때문이다. 자물쇠는 기질에 해당하며 열쇠는 효소에 해당한다.

그러므로 효소에 의한 반응은 거의 부산물(by-product)을 만들지 않는다. 예를 들어, 리보솜(ribosome)에서 단백질을 합성할 때 효소에 의해 촉매 되는 경우 1000개의 아미노산이 만들어지지만 실수로 잘못 만드는 경우가 거의 없다.

그리고 효소는 활성은 산도(pH)에 의해 많은 영향을 받는다. 우리가 효소를 섭취하면 입(산도 pH7)을 거쳐 위(산도 pH2)로 내려가는데, 이 과정에서 대부분의 효소는 성질이 변하고 소장에서 아미노산으로 분해된다는 게 대다수 식품학자들의 견해다.

많은 효소들은 비단백질을 포함하기도 하는데 이를 보조인자(cofactor)라 한다. 보조인자에는 보결족이라 부르는 아연, 철, 마그네슘과 같은 금속이온과 조효소(coenzyme)라고 부르는 유기분자가 있다. 또한 일부 비타민(B1, B2 등)이 물질대사 과정에서 조효소로 작동한다.

모든 생물체, 보이지 않는 미생물까지도 그 세포내에 효소라는 물질이 없으면 생명력을 잃게 된다. 효소는 영양소를 소화·흡수시켜 활력을 발생시키거나 낡은 조직을 버리고 새로운 조직을 만드는 즉 소비와 생산의 작용을 화학적으로 추진하는 촉매의 역할을 한다.

그렇기에 인간은 효소 없이는 살아갈 수 없으며 세포내에 효소가 존재해야 신진대사를 할 수 있고 또한 효소는 성인병과 암을 예방하고 질병에 잘 걸리지 않는 세포를 만들어 준다.

효소는 체내의 항상성(恒常性)을 유지해 준다. 혈액을 약알칼리로 해주며 체내의 이물을 제거한다. 장내 세균의 평형을 유지하고 세포의 강화작용 및 소화의 촉진작용 그리고 병원균에 대한 저항력을 강화시킨다.

혈액을 붉게 만드는 것이 효소이며, 뼈를 만드는 것도 효소이며, 간장, 신장에 작용하는 것도 효소, 호흡이나 호르몬, 신경과 두뇌에 작용하여 활동을 부드럽게 하는 일도 효소가 수행한다.

모든 과일이나 야채에서 볼 수 있는 황색, 적색, 녹색 등의 갖가지 색소는 적혈구의 생산을 도와주며, 단백질과 콜레스테롤의 대사에 관여하고, 음식물의 소화 및 동화작용에 도움을 준다.

효소는 혈액 속에서 생체기능이 원활해지도록 돕는 촉매제 역할을 한다. 혈액을 정화하는 것이다. 혈액중의 노폐물과 염증의 병독을 분해하여 배설하는 작용을 합니다. 혈중 콜레스테롤(Cholesterol)을 용해시키며 혈류의 흐름을 좋게 한다.

발효 효소에 들어있는 천연당인 과당은 지방분해에 탁월하며, 효소작용에 의해 신체 내부의 찌꺼기까지 청소해 주니까 각종 성인병에 노출된 요즘 아이들의 체질개선에 필수불가결 하다.

효소는 항염증(抗炎症)에도 작용한다. 세포의 일부가 손상, 파괴되면 병원균이 성장하여 염증이 생기는데 효소는 백혈구를 운반하여 백혈구의 활동을 도와 상처 입은 세포에 치유력을 높여 준다. 효소는 또 분해 작용을 한다. 효소의 중요한 작용으로 병부위 관내(管內)에 저류된 오물을 분해·배설한다.

한마디로 말해서 효소는 생명 현상을 영위하는 에너지의 근원인 것이다. 만일 효소가 없다면 지구상의 모든 생물은 한 순간이라도 생명을 유지할 수 없다.

일반적으로 건강하게 살기 위해서는 잘 먹어야 한다고 생각하지만 더 중요한 것은 음식이 몸에 소화 흡수되는 과정이다. 모든 음식은 중간에서 흡수 가능한 영양분으로 변화 과정을 거치는데 효소는 이렇게 중간에서 영양분으로 변화시키는 역할을 담당한다.

그런데 우리 몸속 효소는 평생 만들어지는 양이 정해져 있다. 이에 체내의 효소가 줄어 그 작용이 약해지면 몸의 생리기능에 여러 문제가 생겨, 물질대사 장애로 .인한 각종 질병의 원인이 된다.

조리된 식사를 많이 하는 경우 효소가 빨리 소모된다. 정크 푸드를 먹거나 과식을 해 소화에 효소를 많이 써 버리면 대사를 위한 효소가 부족해져 몸에 이상이 초래된다. 식단이 서구화되면서 가공식품과 청량음료 등 칼로리를 지나치게 많이 섭취하는 사람들이 많아졌고 특히 음주·흡연을 하는 사람의 경우 이를 분해하기 위해 많은 효소가 소모된다.

특히 비만은 지방과 단백질, 탄수화물 등의 영양물질의 과다 때문에 생기나 비타민, 미네랄, 효소의 부족 때문에 생기기도 한다.

또한 공해와 스트레스 그리고 체내에 정체되어 있는 독소, 노폐물, 약물중독 등으로 우리 몸속에 필요한 효소들이 생존하기에 너무 힘든 여건이 되어 버렸다.

이처럼 효소가 부족하게 되면 해로운 물질들이 점점 몸 안에 쌓여 신체기관들이 정상 기능을 하지 못하고 혈액순환이 제대로 되지 않아 당뇨나 고혈압 같은 만성질환에 걸릴 확률이 높아진다. 또 췌장비대나 알레르기 등의 증상을 보이고 염증으로 인한 기관지염, 축농증, 방광염, 비염, 관절염 등을 일으킨다.

이에 질병이 있는 사람, 칼로리를 많이 섭취하는 사람, 가공식품을 많이 섭취하는 사람, 청량음료와 커피를 많이 마시는 사람, 운동이 부족한 사람, 술 담배를 많이 하는 사람 등은 효소 섭취량을 대폭 높일 필요가 상존한다.

발효 효소에 엄청나게 들어있는 갖가지 효소는 장내에 있는 이로운 균을 활성화시켜 장내의 독소를 재빨리 몸 밖으로 내보내는 역할을 한다. 유산균이나 비피더스균 등 장내의 유익한 균은 인체에 해로운 물질과 발암물질이 장내에 생기는 것을 막아주는 역할을 하며, 장의 운동을 도와서 배변을 쉽게 할 수 있도록 도와준다.

효소를 체내에 가득하게 하려면 수면과 체온, 음식의 요령 있는 섭취가 다음과 같이 선행되어야 한다. 충분한 수면을 취하면 다음날 필요한 효소는 자는 시간에 생산되고 충전된다. 반신욕 또는 좌욕으로 체온을 높인다. 몸이 차가우면 효소는 일하지 않기 때문이다. 음식을 먹는 순서도 중요하다. 과일·채소·단백질·탄수화물 순서로 식사한다.

마지막으로 효소와 발효균(미생물)은 어떤 차이점이 있는지 이를 중점으로 알아본다. ‘미생물’의 정의를 사전에서 찾아보면, 세균, 진균(효모, 곰팡이 따위), 조류, 바이러스, 원생동물을 통틀어 이르는 말이다.

대부분의 미생물은 맨눈으로는 볼 수 없지만 현미경으로는 볼 수 있는 매우 작은 단위의 생명체로서 생명현상을 독립적으로 유지할 수 있는 소단위를 일컫는다. 미생물의 경우 자체적으로 살아 움직이지만 효소는 생명 현상이 없는 단백질이다. 크기에서도 미생물의 경우는 수 μm 이상의 크기를 갖는데 비해 효소는 이들보다 수천 배 이하로 작은 수 nm 수준으로 보통의 현미경으로는 볼 수 없다.

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