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“효소가 없으면 생명도 없다!”
우리 몸의 물질대사부터 최신 생명공학까지
생화학의 중심에 있는 효소를 이해하는 한 권의 책

효소학의 권위자인 폴 엥겔이 효소에 대한 가장 기본적이고 필수적인 지식을 압축적으로 담아 쓴 책. 효소라고 불리는 작은 단백질들은 각자 생명체 내부에서 특정 화학반응의 속도를 수백만 배나 높여주는 일을 한다. 체내 효소들은 팀을 이루어 DNA를 만드는 것에서부터 음식물을 소화시키는 것까지, 우리가 생명 활동이라고 여기는 많은 과정을 이루어낸다. 또 효소는 빨래와 같은 일상 속 화학작용부터 신약 개발이나 폐기물 처리 같은 산업적 응용까지, 생체 바깥에서 화학과 생물학이 만나는 일들에 폭넓게 관여하기도 한다. 독자들은 이 책을 통해 효소에 관한 지식뿐 아니라 생화학이라는 분야에 대한 이해, 더 나아가 자연과학을 한다는 것에 대한 통찰을 얻을 수 있을 것이다.

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

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덩치 큰 화학물질을 작은 분자들로 쪼개 씻겨 보낸다는 점에서 소화든 세탁이든 효소가 하는 일은 다를 바가 없다. 다만 사람들이 미처 눈치채지 못하는 차이점이 있다면, 생체 내의 효소는 갖가지 상황에서 훨씬 다양한 역할을 함으로써 생물 전체를 총괄한다는 것이다. 어떤 생물이든 체내에서 일어나는 거의 모든 화학반응 과정은 각기 특화된 효소의 도움을 받는다. 이때 효소는 이론적으로 일어날 수 있는 모든 반응이라는 선택지 앞에서 적당한 반응을 취사선택하고 올바른 순서를 정한다._8~9쪽, 〈1장. 효소가 없으면 생명도 없다〉에서

생물학과 화학의 경계를 두고 한 세기 내내 지속됐던 혼란의 흔적은 오늘날 ‘유기(有機, organic)’라는 단어의 다양한 쓰임새에서 그대로 드러난다. 19세기 화학자들은 생체에서 만들어지는 복잡한 탄소 분자를 분석하고 정체를 밝힌 다음에 실험실에서 그것을 똑같이 합성해내려고 애썼다. 그러려면 일단 처음에는 화학물질을 생물로부터 뽑아내야 했기 때문에 이런 연구는 자연스럽게 ‘유기화학’이라 불리게 됐다. 하지만 곧 유기화학은 생체에서 유래하지 않은 복잡한 분자까지 아울러 탄소화합물 전반을 다루는 수준으로 급성장했다._16쪽, 〈1장. 효소가 없으면 생명도 없다〉에서

모든 효소의 화학반응은 일종의 과도기를 반드시 거친다. 깨져야 하는 결합은 깔끔하게 떨어져나가기 전이고 새로 생겨야 하는 결합은 아직 엉거주춤한 전이상태다. 이 순간, 분자는 기질도 아니고 반응산물도 아니다. 그보다는 둘 사이의 어중간한 무언가다. 그래서 과학자들은 가설 하나를 떠올렸다. 이상적인 효소는 기질이나 반응산물이 아니라 전이상태에 더없이 단단하게 결합하는 구조를 가질 거라고 말이다._80쪽, 〈4장. 촉매작용이 일어나게 하는 구조〉에서

동물의 경우는 겉모습은 흡사하지만 족보상으로는 거리가 아주 먼 종들이 대륙마다 비슷한 생태적 지위를 차지하는 일이 흔하다. 그렇다면 효소도 그럴까? 분자 수준에서 젖산 탈수소효소와 말산 탈수소효소가 비슷한 걸 가지고 이게 하나의 공통 조상 효소에서 시작된 발산진화를 암시한다고, 혹은 실생활에 유용한 패턴을 따라간 수렴진화의 흔적이라고 확신할 수 있을까?_137쪽, 〈6장. 대사 경로와 효소의 진화〉에서

이와 같은 의과학 기술 발전은 유전자 가계도를 그릴 때 그저 효소 활성의 유무로만 나누는 구식 이분법이 지나친 단순화임을 여실히 드러낸다. 아미노산 종류가 바뀌는 돌연변이가 일어날 수 있는 자리는 평범한 효소 단백질에도 수백 군데는 된다. 다행히 그런 아미노산 변화 다수는 전혀 해롭지 않다. 하지만 촉매작용의 핵심 화학물질을 사라지게 하거나 단백질이 활성 형태로 정확하게 접히지 못하도록 방해하는 아미노산 변화 역시 만만찮게 흔하다. 그런 까닭에 세계적으로 수천 명씩 페닐케 톤뇨 같은 유전병에 걸리고 DNA 검사에서 원인 돌연변이가 다양하게 드러나는 것이다._154쪽, 〈7장. 효소와 병〉에서

PCR 기법이 처음 나왔을 때는 열에 파괴되는 DNA 중합효소의 성질 탓에 스무 주기면 효소도 스무 번 새로 넣어야 했다. 그러다 이 수고를 덜어준 것이 바로 극한미생물이다. 미국 옐로스톤 국립공원에 있는 온천에서 발견된 박테리아 더무스 아쿠아티쿠스의 DNA 중합효소는 DNA 가닥 분리 작업에 필요한 고온 조건에서도 매우 안정하다. 그렇기에 이 효소는 한 번만 넣어도 PCR을 끝까지 돌릴 수 있었다. 게다가 때마침 여러 주기에 걸쳐 많은 시료를 한꺼번에 처리할 수 있는 자동가열장치가 개발됐고 덕분에 더 이상 작업자가 내내 붙어서 감독할 필요가 없어졌다._215~216쪽, 〈9장. 효소와 유전자-새로운 지평〉에서