화학적 특이성

3. 효소 특이성의 유형

효소는 결합하는 기질의 특이성에 따라 다양하며, 이는 특정 생리적 기능을 수행하기 위함이다. 어떤 효소는 여러 기질에 결합하여 반응을 촉매할 수 있는 반면, 어떤 효소는 단일 기질에 대해 극도의 특이성을 필요로 한다. 이러한 특이성은 일반적으로 절대적 특이성, 그룹 특이성, 결합 특이성, 입체화학적 특이성의 네 가지 유형으로 나뉜다.^[1]

3. 1. 절대적 특이성 (Absolute Specificity)

3. 2. 그룹 특이성 (Group Specificity)

3. 3. 결합 특이성 (Bond Specificity)

3. 4. 입체화학적 특이성 (Stereochemical Specificity)

4. 효소 특이성 결정

효소-기질 복합체의 형성에는 특이적 평형 해리 상수($k\_d$)가 존재한다. 이는 친화도의 척도로 사용되며, 값이 높을수록 친화도는 낮아진다.

다음 반응식에서(E = 효소, S = 기질, P = 생성물),

:$E\; +\; S\; \backslash overset\{k\_1\}\backslash underset\{k\_-\{1\}\}\backslash Longleftrightarrow\; ES\; \backslash overset\{k\_2\}\backslash Longleftrightarrow\; E\; +\; P$

$k\_d$는 $k\_\{-1\}/k\_1$과 동일하다. 여기서 $k\_1$과 $k\_\{-1\}$는 각각 효소(E)와 기질(S)이 효소-기질 복합체(ES)로 전환되는 정반응 및 역반응 속도 상수이다.

정보 이론은 결합 스펙트럼의 엔트로피를 계산하여 특이성에 대한 보다 정량적인 정의를 제공한다.^[11]

효소의 특정 기질에 대한 화학적 특이성은 미카엘리스-멘텐 방정식에서 파생된 두 가지 변수를 사용하여 확인할 수 있다. $k\_m$은 효소-기질 복합체의 해리 상수를 근사한다. $k\_\{cat\}$은 효소량 당 효소가 촉매하는 반응 횟수인 회전율을 나타낸다. $k\_\{cat\}$을 $k\_m$으로 나눈 값은 특이성 상수라고 하며, 이는 특정 효소에 대한 기질의 친화도를 측정하는 척도를 제공한다. 효소의 효율성이라고도 알려진 이 관계는 효소가 특정 기질을 선호한다는 것을 보여준다. 효소의 특이성 상수가 높을수록 해당 기질에 대한 선호도가 높다.

5. 효소 특이성의 중요성

효소 특이성은 효소 구조에 대한 유용한 통찰력을 제공하여 생리적 기능을 결정하고 그 역할을 파악하며, 촉매 메커니즘에 대한 정보를 제공할 수 있다.^[12]

특이성은 신약 발견과 임상 연구 분야에서 중요하다. 새로운 약물은 다양한 임상 시험에서 표적 분자에 대한 특이성을 시험받는다. 약물은 환자에게 바람직하지 않은 증상을 유발하는 표적 외 효과의 가능성을 최소화하기 위해 가능한 한 특이적인 구조를 포함해야 한다. 약물은 특정 분자 표적을 억제하기 위해 설계된 분자와 제제의 특이성에 의존한다.^[1] 신약 발견은 고도로 특이적인 화합물을 포함하는 실험을 통해 진행된다. 예를 들어, 약물이 성공적으로 달성해야 하는 기본적인 전제 조건은 생리적 환경에서 표적 수용체에 높은 특이성으로 결합하는 능력과 약물이 치료하려는 질병에 대해 유리한 생물학적 효과를 전달하는 능력이다.^[13]

5. 1. 의학 연구 관련성

6. 효소 특이성의 응용

면역 염색법과 같은 과학 기술은 화학적 특이성에 의존한다. 면역 염색법은 세포 수준에서 관심 있는 단백질을 검출하기 위해 항체의 화학적 특이성을 활용한다.^[14] 화학적 특이성에 의존하는 또 다른 기술은 조직 내 특정 관심 단백질을 검출하는 데 사용되는 웨스턴 블롯이다. 이 기술은 젤 전기영동 후 샘플을 항체로 염색된 막으로 옮기는 과정을 포함한다. 항체는 목표 단백질에 특이적이며, 연구자가 관심 있는 단백질의 존재를 알리는 형광 표지를 포함한다.^[15]

참조

_[1] 논문 Let's get specific: the relationship between specificity and affinity 1995-10-01
_[2] 논문 Chemical basis for antibody diversity and specificity
_[3] 논문 Ensembles in solution as a new paradigm for antibody structure prediction and design
_[4] 논문 Electrostatic recognition in substrate binding to serine proteases
_[5] 논문 Characterizing the Diversity of the CDR-H3 Loop Conformational Ensembles in Relationship to Antibody Binding Properties
_[6] 논문 Local and Global Rigidification Upon Antibody Affinity Maturation
_[7] 웹사이트 Enzyme Specificity http://osp.mans.edu.[...]
_[8] 웹사이트 GCK glucokinase [Homo sapiens (human)] - Gene - NCBI https://www.ncbi.nlm[...] 2016-06-12
_[9] 웹사이트 'MSOE Center for BioMolecular Modeling -Protein Structure Jmol Tutorials">' http://cbm.msoe.edu/[...] 2016-05-19
_[10] 논문 Anomeric specificity of hexokinase and glucokinase activities in liver and insulin-producing cells. 1985-09-01
_[11] 논문 Cleavage Entropy as Quantitative Measure of Protease Specificity 2013-04-18
_[12] 논문 Determination of enzyme/substrate specificity constants using a multiple substrate ESI-MS assay 2004-02-01
_[13] 웹사이트 'drug_receptor_theory [TUSOM {{error|Error: The retired template {{tn|!}} has been transcluded; see [[mw:Help:Magic words#Escaped characters]] for details. To fix this, use only the code {{Magic word|!}} to generate the | character.}} http://tmedweb.tulan[...] 2016-06-11
_[14] 서적 Laboratory Methods in Cell Biology - Imaging 2013-01-01
_[15] 논문 An overview of technical considerations for Western blotting applications to physiological research 2016-06-05
_[16] 논문 Let's get specific: the relationship between specificity and affinity 1995-10-01