Lesson 12 of 20

효소 — 반응의 언덕을 낮춘다

활성부위 · 기질특이성 · Km 과 kcat

효소에 대한 가장 흔한 오해 하나를 먼저 걷어 냅니다.

이렇게 생각하기 쉽다

효소가 없던 반응을 만든다.

실제로는

효소는 활성화 에너지라는 언덕을 낮춥니다. 반응의 방향과 최종 균형은 바꾸지 못합니다.

그래서 CD38 이 없어도 NAD⁺ 는 아주 천천히 분해됩니다. CD38 이 있으면 수백만 배 빨라질 뿐이에요.

High school언덕을 낮추는 것이지 밀어 주는 것이 아닙니다

효소가 하는 일을 정확히 말하면 이렇습니다.

반응의 활성화 에너지(언덕)를 낮춘다

흔한 오해

오해	실제
"효소가 반응을 일으킨다"	일어날 반응을 빨리 일어나게 한다
"에너지를 공급한다"	에너지는 안 준다 — 길을 바꿔 준다
"평형을 바꾼다"	평형은 그대로 — 도달 속도만 빨라진다

효소는 안 될 반응을 되게 하지 못한다

비유 — 산 넘어가기

A 마을에서 B 마을로 가려면 산을 넘어야 합니다. 높아서 아무도 안 가요.

효소가 하는 일	안 하는 일
터널을 뚫는다 (낮은 길)	사람을 업어 나른다 ✘
양쪽 다 쉬워진다	B 를 A 보다 낮게 만든다 ✘

터널은 양방향이다 — 그래서 평형이 안 바뀐다

그리고 효소는 안 닳습니다

반응을 도와주고 그대로 남습니다. 그래서 한 분자가 수천 번 일할 수 있어요.

터널이 사람이 지나간다고 닳지 않는 것과 같습니다.

촉매 = 참여하지만 소모되지 않는 것

두 숫자로 효소를 말한다

v = V_max · [S] / (K_m + [S])

🎯

K_m

최대 속도의 절반이 나오는 기질 농도. 작을수록 기질을 잘 붙잡습니다.

⚡

k_cat

효소 하나가 1초에 몇 번 돌리나. 회전수입니다.

기질을 아무리 부어도 속도가 더 안 오르는 것은 효소가 이미 다 차 있어서입니다. 자리가 비어야 다음 것을 받으니까요.

High schoolKm — 또 나온 '반이 되는 지점'

Km 이 나옵니다. 정의를 보면 익숙할 거예요.

Km = 반응 속도가 최대의 절반이 되는 기질 농도

이 강의에서 세 번째입니다

개념	무엇의 절반	강
pKa	절반이 이온화되는 pH	4강
Tm	절반이 벌어지는 온도	9강
Km	속도가 절반인 농도	12강
Kd	절반이 결합하는 농도	17강

화학은 세기를 '반이 되는 지점' 으로 잰다

Km 이 작으면 무슨 뜻인가

적은 기질로도 최대 속도의 절반에 도달한다는 뜻입니다.

Km 이 작다 = 기질을 세게 붙잡는다

Km	해석
작다 (µM)	기질에 친화력이 높다
크다 (mM)	기질이 많아야 일한다

왜 어느 지점에서 더 안 빨라지나

기질을 계속 넣어도 속도가 한계에 부딪힙니다. 왜냐면 —

효소가 다 차서 더 받을 수가 없다

비유하자면 은행 창구입니다. 손님이 늘면 처리량이 늘지만, 창구가 다 차면 그다음부터는 줄만 길어져요.

그 최대 처리량이 Vmax 다

이 곡선 모양(포화 곡선)이 생물학 곳곳에 나옵니다 — 효소, 수용체 결합, 약물 반응까지요.

점이 찍힌 자리가 Km 입니다 — 세로로 Vmax/2 인 지점의 가로 좌표.

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# 미카엘리스-멘텐 곡선 — Km 이 무엇인지 눈으로
import numpy as np, matplotlib.pyplot as plt

Vmax = 100.0
S = np.linspace(0, 50, 400)

fig, ax = plt.subplots(figsize=(7, 4))
for Km in [1, 5, 20]:
    v = Vmax * S / (Km + S)
    ax.plot(S, v, label=f"Km = {Km}")
    ax.plot([Km], [Vmax / 2], "o", ms=5)

ax.axhline(Vmax, ls="--", lw=1, color="gray")
ax.axhline(Vmax / 2, ls=":", lw=1, color="gray")
ax.text(40, Vmax + 2, "Vmax", fontsize=9)
ax.text(40, Vmax / 2 + 2, "Vmax / 2", fontsize=9)
ax.set_xlabel("[S]"); ax.set_ylabel("v"); ax.legend(); ax.grid(alpha=.3)
plt.show()

High school이 강의에서 효소는 셋 나옵니다

note 가 이 논문에 나오는 효소를 셋으로 정리합니다. 각각이 이 논문의 핵심 기전이에요.

효소	무엇을 하나	강
DDX54 (헬리케이스)	ATP 를 써서 RNA 를 푼다	13강
CD38	NAD⁺ 를 부순다	15강
CD39 · CD73	ATP → 아데노신	16강

셋 다 아데닌 계열을 다룬다 (7강)

그리고 셋이 이어져 있습니다

이 논문의 이야기를 화학으로 다시 쓰면 —

DDX54 가 켜져 있으면
→ CD38 · CD73 발현이 올라간다
→ NAD⁺ 가 부서지고 아데노신이 늘어난다
→ T세포가 굶고 잠든다

DDX54 를 끄면 이 사슬 전체가 약해진다

/immunology 13강의 "상류를 건드리면 하류가 따라온다" 가 여기서는 효소 사슬로 나타납니다.

효소가 약의 표적이 되는 이유

효소는 활성부위가 있습니다. 거기에 딱 맞는 가짜 기질을 만들어 넣으면 막을 수 있어요.

활성부위가 자물쇠라면 약은 가짜 열쇠다

표적	약
CD38	다라투무맙 (다발골수종 치료제)
CD73 · 아데노신 수용체	임상시험 중

이 논문이 CD38 · CD73 이 함께 내려간다고 보인 것이 임상적으로 뜻이 큰 이유입니다 — 이미 약이 있는 표적이거든요.

High school12강 정리 — 곡선의 모양을 기억하세요

12강에서 가져갈 것은 곡선 하나입니다.

기질이 늘면 속도가 늘다가 한계에서 평평해진다

이 모양이 자꾸 나옵니다

어디서	가로축	세로축	반이 되는 지점
효소 (12강)	기질 농도	반응 속도	Km
항체 (17강)	항원 농도	결합한 비율	Kd
약	약물 농도	효과	EC50

전부 같은 모양의 식이다

17강 캡션이 "12강의 Km 과 똑같은 모양의 식" 이라고 하는 이유예요.

왜 같은 모양인가

근본이 같기 때문입니다 — 자리가 한정되어 있고, 채워지면 더 못 받는 상황이요.

효소의 활성부위가 한정
항체의 결합자리가 한정
수용체 개수가 한정

한정된 자리를 채우는 문제는 늘 같은 곡선을 그린다

그래서 배우는 값이 큽니다

한 번 이해하면 여러 곳에서 재사용됩니다. 새로운 걸 배우는 게 아니라 같은 것을 다시 만나요.

20강 퀴즈가 "반이 되는 지점이 아닌 것" 을 묻습니다. 지금까지 나온 pKa · Tm · Km · Kd 를 떠올려 보세요.

🤔 Check yourself

효소가 하는 일을 가장 정확히 말한 것은?