효소-생명을 작동시키는 작지만 강한 분자기계-

“효소가 없으면 생명도 없다!”

우리 몸의 물질대사부터 최신 생명공학까지

생화학의 중심에 있는 효소를 이해하는 한 권의 책

화학 구조부터 물리적 성질과 작동 원리까지

언제나 가까이서 우리를 돕는 신비로운 효소 이야기

일상에서 우리가 자주 먹고, 바르고, 뿌리는 효소에 대해 세계적인 생화학자 폴 엥겔이 쓴 기본서. 건강식품이나 세제 등의 화학제품에서, 혹은 생물학과 화학 책에서 많이 보기는 했지만 도대체 효소란 무엇일까?

효소는 특정 화학반응의 속도를 수백만 배나 높여주는 일을 하는 작은 단백질을 일컫는 말로, 물질대사와 같은 생명 활동뿐 아니라 빨래 같은 일상 속 화학작용, 병의 진단이나 폐기물 처리 같은 산업적 응용까지 생물학과 화학이 만나는 일들에 폭넓게 관여하는 존재이다. 이 책에서 답하고 있는 질문으로는 아래와 같은 것들을 들 수 있다.

• 우리 몸과 세포에서 효소는 어떤 역할을 하고 있을까?

• 촉매가 화학반응을 가속하는 이유와 방법은?

• 막강한 힘과 정교한 선택성을 가진 촉매는 어떻게 진화해왔을까?

• 효소의 복잡한 분자 형태는 어떻게 밝혀졌을까?

• 산업에서 효소는 어떻게 사용되고 있을까? 그 전망은?

효소학의 권위자 폴 엥겔 교수의 안내를 받아

생화학으로 들어가는 작지만 커다란 문을 열다

이 책은 효소학의 권위자인 폴 엥겔이 효소에 대한 가장 기본적이고 필수적인 지식을 압축적으로 담아 쓴 책이다. ‘효소’는 생물학이나 화학을 공부하는 학생이나 과학책 독자라면 모두 한 번쯤은 들어본 적이 있을 만큼 기본적인 개념이다. 이 책의 저자는 오랜 시간 효소학을 연구하고 교육해온 폴 엥겔로, 유니버시티칼리지 더블린의 생화학과 학과장을 지냈고 현재는 같은 대학의 생화학 명예교수이다. 그는 과학에 대한 대중의 인식 제고에도 관심과 열정이 많아 박사과정 학생들을 대상으로 과학 지식을 대중에게 소개하는 방법을 교육하는 프로그램을 기획하기도 했다.

《효소》는 그런 그의 오랜 연구 활동과 교육철학이 집약된 책이다. 저자는 효소라는 핵심 개념을 통해 비교적 생소한 생화학이라는 학문 분과에 대한 기초적인 이해를 제공한다. 그래서 이 책은 자연의 본성을 생화학이라는 신선한 관점으로 바라보도록 하는 훌륭한 교양서이기도 하다. 독자들은 이 책을 통해 효소에 관한 지식뿐 아니라 생화학이라는 분야에 대한 이해, 더 나아가 자연과학을 한다는 것에 대한 통찰을 얻을 수 있을 것이다.

“생명에만 특별히 허락된 듯 보이는 물질과 구조를 과연 ‘평범한’ 화학반응이 만들어낼 수 있을까? 근본적으로 화학반응이 일어날지 말지를 결정하는 것은 무엇일까? 효소는 이 과정에 어떤 영향을 미칠까? 어떻게 이 모든 특징이 어우러져 우리가 생명이라 인식하는 것을 구성하는 걸까?”_10쪽

생명을 작동시키는 작은 분자기계가 던지는 커다란 질문

생명이란 무엇인가? 유전자 혁명은 무엇이 될 것인가?

이 책은 독자들에게 ‘생명이란 뭘까?’라고 물으면서 시작한다. 효소는 결국 생물 내에서 작용하든 밖에서 작용하든, 생명이 작동하는 방식에 바탕을 두고 있기 때문이다.

1장에서는 생명 활동에 대해 정의를 내리고 기본적인 화학지식과 생화학의 짧은 역사를 설명한다. 2장에서는 효소가 한다고 하는 촉매작용이 도대체 무엇인지, 그리고 그것을 가능케 하는 열역학·동역학적 원리는 무엇인지를 밝힌다. 그리고 3장부터 본격적인 효소 강의가 시작된다. 3장에서는 효소의 구조와 화학적인 성질을, 4장에서는 촉매작용이 어떻게 일어나는지를 이해할 수 있다. 5장에서는 효소가 하는 다양한 역할들을 하나씩 살펴보며, 6장에서는 이런 효소가 어떻게 진화해왔을지를 탐구한다. 7장부터는 효소의 응용에 관해 다룬다. 7장에서는 의학 분야에 초점을 맞춰 병을 일으키고 치료하는 효소에 대해 알아본다. 8장에서는 화학산업과 농축업, 폐기물 처리 등의 분야에서 쓰이는 효소를 살펴보고, 9장에서는 유전자 혁명의 핵심에 자리한 효소의 역할과 작용 기전을 밝힌다. 코로나바이러스감염증-19 진단 방식으로 우리에게 익숙해진 중합효소연쇄반응(PCR)이나 크리스퍼 시스템과 같이 이미 우리 가까이에서 발전해가고 있는 기술적 이슈도 이 장들에서 접할 수 있다.

그 외에 필요한 배경지식에 관해서는 중간중간 들어간 ‘글상자’로 설명을 보충하고 있으며, 총 59개의 도판과 3개의 표를 삽입하여 원활한 이해를 돕는다.

“생화학은 지난 수백 년 동안 물리학, 화학, 생물학을 두루 포용하는 열린 자세로 거의 모든 생명현상을 이해하는 눈부신 발전을 이뤘다. 이런 발전의 중심에는 어느 생체반응에든 저마다 꼭 맞게 작용하는 고유 효소들이 함께한다는 핵심 원리가 있다. 노벨 생리의학상 수상자 프레더릭 가울랜드 홉킨스는 일찍이 1932년에 ‘효소와 효소의 작용에 대한 확장된 연구가 생물학에서 지니는 의의야 더 말할 것도 없지만, 화학에서의 의미 또한 결코 덜하지 않다’라고 감격 어린 소회를 밝히기도 했다. 비약에 비약을 거듭한 생화학은 바야흐로 전성기를 누리고 있다.“_21쪽

지은이 : 폴 엥겔

유니버시티칼리지 더블린(UCD)의 생화학 명예교수. 1994년 UCD의 생화학과 학과장으로 부임하기 전까지 수년간 셰필드대학교에서 강의했으며, 효소학, 효소동역학, 단백질공학에 관심을 두고 연구해왔다. 과학에 대한 대중의 인식 제고에도 관심과 열정이 많아 UCD에서 박사과정 학생들을 대상으로 과학 지식을 대중에게 소개하는 방법을 교육하는 프로그램을 기획했다. 아일랜드 왕립학회 회원이며, 생명과학위원회 위원장을 역임했다. 2010년에는 영국 생화학회가 아일랜드에서 이루어진 뛰어난 연구에 수여하는 아일랜드지역상을 받았다.

옮긴이 : 최가영

서울대학교 약학대학원을 졸업했다. 현재 번역 에이전시 (주)엔터스코리아에서 건강·의학 분야 출판 기획, 전문 번역가로 활동하고 있다. 주요 역서로는 『너무 놀라운 작은 뇌세포 이야기』, 『건강 불균형 바로 잡기』, 『나이듦에 관하여』, 『뉴 코스모스』, 『한 권의 물리학』, 『한 권의 화학』, 『IQ 148을 위한 멘사 탐구력 퍼즐』, 『더 완벽하지 않아도 괜찮아』, 『과학자들의 대결』, 『다빈치 추리파일』, 『The Functional Art』, 『차 차 Tea』, 『꿀꺽 한 입의 과학』, 『맨즈헬스 홈닥터』, 『슈퍼박테리아』, 『배신의 식탁』, 『당신의 다이어트를 성공으로 이끄는 작은 책』, 『버자이너』 등이 있다. 

1장 효소가 없으면 생명도 없다

기본에서 시작하기 ｜ 화학으로 생물학을 설명할 수 있을까? ｜ 생기론의 쇠락과 생화학의 탄생

2장 안 될 일을 되게 하는 촉매작용

열역학과 동역학 ｜ 활성화에너지 ｜ 가역성과 평형 ｜ 효소 동역학, A부터 Z까지

3장 효소의 화학적 성질

효소 분리 ｜ 효소 정제와 논쟁 ｜ 단백질이란 무엇일까? ｜ 아미노산 서열 ｜ 단백질 분자의 모양 ｜ 단백질 접힘 ｜ 단백질 분자 안에서 작용하는 힘

4장 촉매작용이 일어나게 하는 구조

구조 상보성: 자물쇠와 열쇠 모델 ｜ 효소-기질 복합체, 진짜일까 상상일까 ｜ 촉매기 ｜ 유연성이 중요한 이유 ｜ 전이상태 유사체 ｜ 배우가 무대에 등장하는 순서 ｜ 효소의 작은 도우미들 ｜ 촉매능

5장 일하는 효소들

음식을 소화시키는 프로테이나아제 ｜ 지모겐의 스위치가 켜지면 ｜ 세포를 소화시키는 또 다른 위 ｜ 세포의 죽음을 관장하는 효소 ｜ 혈액응고를 조절하는 효소 ｜ 다른 곳에 쓸 화학에너지를 가둬두는 효소 ｜ 유전암호를 번역하는 효소 ｜ 동질효소

6장 대사 경로와 효소의 진화

단백질과 진화 ｜ 생물종끼리 비교하기 ｜ 효소군 ｜ 발산과 수렴 ｜ 새로운 효소는 어디서 탄생할까 ｜ 대사 경로는 어떻게 생겨났을까 ｜ 더 거슬러 올라가면

7장 효소와 병

의학에서 효소는 무엇일까 ｜ 진단도구로써의 효소 ｜ 병든 효소 ｜ 영아돌연사증후군과 자메이카구토병 그리고 효소 ｜ 신약개발 타깃이 된 효소 ｜ 아스피린 ｜ 와파린 ｜ 페니실린 ｜ 캡토프릴 ｜ HIV, 코로나바이러스 등의 바이러스 감염 ｜ 치료제가 된 효소 ｜ 효소 접합체와 ADEPT

8장 도구로 쓰이는 효소

생물학의 울타리 너머 ｜ 상용화를 위해 풀어야 하는 숙제들 ｜ 세탁을 돕는 효소 ｜ 먹거리를 만드는 효소 ｜ 피부, 털, 가죽을 가꾸는 효소 ｜ 농축업과 쓰레기 처리를 돕는 효소 ｜ 효소는 화학공업의 주인공이 될 수 있을까

9장 효소와 유전자-새로운 지평

효소를 재단해 맞출 수 있을까 ｜ 자리 지정 돌연변이 유도 ｜ 무작이 돌연변이 유발과 변이 스크리닝 ｜ 왼쪽을 향해 선 분자와 오른쪽을 향해 선 분자, 진짜 타깃을 어떻게 구분할까 ｜ 아미노산 탈수소효소들 ｜ 효소와 생체방어 기제 그리고 유전학의 혁명

감사의 말

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