6.4: 보조인자와 보조효소

효소는 아미노산으로 이루어진 단백질입니다. 각 구성 아미노산의 작용기는 이온 상호작용이나 산-염기 반응을 통해 다양한 화학 반응을 촉매합니다. 그러나 아미노산은 산화-환원 및 그룹 전달 반응을 촉매할 수 없으며 보조인자라고 불리는 비단백질 성분의 도움을 받아야 합니다. 보조인자는 효소의 화학적 치아라고도 합니다.

보조인자는 금속 이온이거나 보조효소라고 불리는 유기 분자일 수 있습니다. 이러한 유형의 보조 분자는 보결분자단으로서 효소에 공유적으로 결합하거나 보조 기질로서 일시적으로 결합할 수 있습니다.

보조인자는 성숙한 단백질의 약 30%에 존재합니다. 이는 접혀지고 촉매 활성에 관여하면서 효소에 자주 통합됩니다. 마그네슘은 DNA 중합효소를 포함하여 인체 내 300개 이상의 효소에 필수적인 보조 인자입니다. 이 경우 마그네슘 이온은 DNA 백본에 포스포디에스테르 결합을 형성하는 데 도움이 됩니다. 철, 구리, 코발트 및 망간은 다른 일반적인 보조 인자입니다.

많은 비타민은 비타민 B 계열의 비오틴과 같은 조효소입니다. 한 분자에서 다른 분자로 이산화탄소를 전달하는 다양한 효소에 필수적입니다. 비오틴 외에도 비타민 B3와 레티놀 또는 비타민 A의 파생물인 NAD+는 우리 몸에 필수적인 보조 인자의 다른 예이며 인간 세포에서 생성될 수 없기 때문에 식단을 통해 섭취해야 합니다.  

일부 효소는 비단백질 분자 또는 보조 인자와 결합하여 촉매 활성을 향상시킵니다.

화학적으로 활성화된 효소-보조인자 복합체를 홀로엔자임(holoenzyme)이라고 하며, 효소 자체를 아포엔자임(apoenzyme)이라고 합니다.

보조 인자는 탄산 무수효소의 아연 이온과 같은 무기 금속 이온 또는 NAD⁺, 코엔자임 A 등과 같은 코엔자임이라고 하는 유기 분자로 존재할 수 있습니다.

보철 그룹(prosthetic group)이라고 하는 일부 보조 인자는 아포효소에 공유 결합되어 있습니다. 예를 들어, 헤모글로빈에서 중앙 철 이온을 가진 포르피린인 헴기는 공유 결합, 수소 결합 및 광범위한 소수성 상호 작용을 통해 단백질 사슬과 연관되어 있습니다.

대조적으로, 효소에 일시적으로 결합된 보조 인자는 공동 기질로 작용합니다.

예를 들어, 알코올 탈수소효소의 코엔자임인 NAD⁺는 알코올을 알데히드로 산화시키고 NADH로 환원되도록 돕습니다. NADH는 반응이 완료되면 해리되고 다음 반응 주기를 위해 NAD⁺로 재산화됩니다.