8강 1. 활성화 에너지(activation energy)

우리가 어떤 반응을 진행시키기 위해서는 반응물질들이 필요하고, 그 반응물질들이 서로 만나야 한다 이러한 반응물질들이 서로 만나야 하는데 이러한 분자들이 만나기만 한다고 반응이 곧바로 진행되는 것은 아니고 반응이 일어나기 위해서는 반응을 일으킬 수 있을 정도의 에너지를 가진 분자들이 알맞은 방향으로 충돌해야 한다. 이런 두 가지 조건 중 하나라도 만족시키지 못하면 그 분자는 반응을 제대로 진행시킬 수 없고 알맞은 방향으로 아무리 충돌하더라도, 분자가 반응을 진행시킬 만큼의 에너지를 갖고 있지 못하다면 그 충돌은 쓸데없는 충돌이 되고 만다. 분자들이 만나 반응을 진행시키는데 필요한 최소한의 에너지를 활성화 에너지라 부르며 따라서 활성화 에너지 이상의 에너지를 갖는 분자들만이 반응에 참여할 수 있다

속도와 반응속도

에너지 장벽(energy barrier) 활성화 에너지(activation energy, Ea) 활성화 에너지와 전이 상태 에너지 장벽(energy barrier) 활성화 에너지(activation energy, Ea)

Chapter 10 화학 반응속도 온도와 반응속도 1889년, 아레니우스: 생명의 화학, 삶의 화학

라디칼의 생성 속도, 벽과 다른 분자에 의한 소멸(quenching) 속도로 설명 초기에 외부에서 제공한 에너지는 수소 분자의 공유 결합을 깨어 반응을 시작시키는 데 사용된다(개시, initiation). 이때 산소 분자의 이중 결합은 깨어지지 않는다. 2. 처음에 생긴 라디칼(수소 원자)은 보다 많은 라디칼을 만들어 반응이 연쇄적으로 진행되게 한다(전파, propagation). 3. 모든 라디칼은 주위에 풍부한 분자들과 반응한다. 모든 라디칼과 분자 사이의 반응에서 전기음성도가 높은 산소는 전기음성도가 낮은 수소와 반응한다. 이 과정의 활성화 에너지는 비교적 낮으며 안정한 물이 생길 때(종결, termination) 발생하는 열은 활성화 에너지를 극복하는 데 사용된다.

촉매 반응 (catalytic reaction) 밀러가 관심을 가진 아미노산이 중요한 것은 아미노산들로부터 단백질이 만들어지기때문에 단백질이 중요한 것은 단백질이 무엇보다도 생명에 핵심인 효소(enzyme)작용 대문이다. 대부분의 효소는 단백질로 이루어진 촉매이기 때문에 김치나 치즈 같은 발효식품이나 우리가 생명을 유지하는 것도 모두 효소 작용의 결과이다. 인류의 최고 발명품 50 가지 발표되어 있는데 그 중에 최고의 발명품은 빵이 포함 돼있다.

촉매 반응 (catalytic reaction) 기체상 ·액체상과 같은 균일상 속에서 행하는 경우(균일 촉매반응)와, 기체상과 고체상과의 접촉면이나 액체상과 고체상과의 접촉면에서 행하는 경우(불균일 촉매반응)가 있다) 촉매반응은 반응물질과 촉매 사이에 반응 중간체가 생겨 반응경로가 변화하거나, 고체 촉매에 표면흡착이 일어나서 반응의 활성화 에너지가 변화한다. 정역(正逆:역행하는), 두 반응 모두 영향을 받으므로 평형에는 영향이 없다.

수많은 화학 반응에서 자신을 바뀌지 않으면서 반응을 빠르게 하거나 느리게 하는 물질을 촉매(catalyst)라고 한다. 촉매에는 반응속도를 증강시키는 정촉매(positive catalyst)와 반대로 반응 속도를 감소시키는 부촉매(negative catalyst)가 있지만 대부분의 경우에 우리는 반응속도를 증가시키는 정촉매에 관심을 가지고 우리 몸에도 매 순간의 수천 가지의 촉매가 생화학 반응이 일어나도록 해주고 있다.

효소반응 인류는 수천년 전부터 알콜발효를 일으켜 포도주, 맥주 막걸리 등 술을 빚어 왔는데 포도주를 만들 때 포도 껍질에 있는 곰팡이 의 효소 작용을 이용한다. 곡식이나 과일을 술로 바뀌는 과정에는 효모나 곰팡이 같은 생명체가 필요한 것처럼 보이는데 이러한 작용을 설명하기 위하여 1878년 퀸(kunhne)은 이런 작용을( 효모가 안에 들어있는)의미에서 효소(enzyme) 이라는 말을 처음 사용했다.

효소 반응 - 효소(enzyme): 생명 활동에 필요한 반응들을 촉진시키는 촉매 1878년, 퀸(Kuhne): Chapter 10 화학 반응속도 효소 반응 - 효소(enzyme): 생명 활동에 필요한 반응들을 촉진시키는 촉매 1878년, 퀸(Kuhne): “효모(yeast) 안에 들어있는”, enzyme - 뷰흐너: 효모의 추출물이 플라스크 안에서 발효를 일으킴 생명의 화학, 삶의 화학

- 캐털레이스(catalase): 1초 당 약 4천만 분자의 과산화수소를 물과 산소로 분해 - 결합 부위(binding site), 효소의 특이성(specificity) - 피셔(Emil Fisher, 1852-1919, 1902년 노벨 화학상): 열쇠(key)와 자물쇠(lock)

효소반응 효소는 DNA의 복제, DNA로 부터 RNA의 합성, RNA로 부터 단백질의 합성, 세포기능의 조절등 여러반응에 관여하지만 유전 정보로 부터 만들어지는 단백질 중 많은 부분은 대사에 관련된 효소이다. 세포활동을 위해서는 수천 가지의 생화학 반응들이 일어나야 하는데 이들은 모두 효소의 촉매 작용을 필요로 하기 때문이다. 예) 음식을 먹으면 다이아스테이스(diastase)가 녹말에 분해되고 라이페이스(lipase)는 지방을 분해 한다.

효소반응 또한 단백질분해 효소는 펩신(pepsin), 트립신(trypsin), 카이모트립신(chymotrypsin)등에 의해 분해 된다. 우리 몸에 중요한 역할을 하는 단백질 중에는 캐털레이스(catalase)라는 효소가 있는데 과산화수소를 물과 분자상 산소로 분해하는 효소고 동식물계에 널리 분포한다(2H2O2→2H2O+O2). 상처를 과산화수소로 소독했을 때에 거품이 생기는 현상은 이 효소의 존재에 따른 것이다 우리도 음식을 소화시키고 산화해서 에너지를 얻기 때문에 산화작용의 부산물인 활성산소에 노출되고 있는데 이런 활성산소는 노화와 여러 가지 질병의 원인이 되기도 하는데 세포는 활성산소를 제거하기 위해서 케털레이스를 가지고 있는 것이다.

End