효소는 생체촉매라고 불리는 물질로 생명체 내의 다양한 화학반응의 촉매 역할을 담당한다. 효소는 화학반응의 활성화 에너지를 감소시켜 반응속도를 증가시킨다. 과산화수소의 분해 반응에서 감자 조각을 넣으면 감자 속의 카탈레이스(catalase)가 작용하여 분해 반응속도를 증가시킨다. 카탈레이스는 간, 적혈구 등에 들어 있는 효소로 대사 반응에서 생성되는 과산화물을 분해하는 반응을 도와 우리 몸의 조직을 손상하는 것을 막아준다. 상처에 과산화수소를 바르면 혈액 속의 카탈레이스에 의해 과산화수소가 분해되고, 이 반응에서 산소 기체가 발생하여 맨눈으로 관찰할 때 보글보글 거품이 발생하는 것이다. 김치, 된장, 고추장과 같은 우리 고유의 전통음식들은 효소가 발효 반응을 도와주는 역할을 한다. 효소의 촉매작용을 받아 반응하는 물질을 기질이라고 하고 효소의 활성자리와 기질이 결합하여 화학반응이 일어난다. 효소는 특정 기질과 반응하고 마치 열쇠와 자물쇠의 관계와 같아서 특정 기질의 특정 자리와만 반응하고 다른 기질과는 반응하지 않는 특성을 지니고 있는데, 이 성질을 기질의 특이성이라고 한다. 예를 들어 수크레이스는 엿당과는 결합하지 못하고 설탕과는 반응하여 설탕의 분해효소 역할을 한다. 효소가 관여하는 반응은 일반적으로 온도가 올라가면 반응속도가 증가한다. 그러나 효소의 주성분은 단백질이므로 너무 높은 온도에서는 단백질의 변성으로 효소의 기능이 파괴되어 반응이 일어나지 않아 반응속도가 현저하게 감소한다. 효소가 반응을 잘 할수 있는 최적의 온도가 존재하는데 이것을 효소의 적정 온도라고 부른다. 또 적정한 pH가 존재하는데 예를 들어 펩신은 pH가 2일 때 가장 활성화되지만 아밀레이스는 pH 7에서 가장 활성화된다. 다시 말해 적정 pH가 존재한다. 산업현장에서도 촉매를 사용하여 반응속도를 빠르게 진행하여 제조시간을 단축하려 노력하고, 제조 비용을 감소시켜 생산량을 증가하는데 활용하고 있다. 암모니아를 제조하는 하버법에 촉매와 적정한 온도와 압력을 찾아내어 암모니아의 생산량을 획기적으로 증가시킨 방법이 바로 하버-보슈법이고, 이 방법은 촉매를 산업현장에서 긍정적으로 활용한 사례라고 볼 수 있다. 산업 촉매에는 표면 촉매, 유기촉매, 광촉매가 있다. 표면 촉매는 백금, 팔라듐, 니켈과 같이 금속이 포함된 고체상태의 촉매로 암모니아의 합성, 촉매변환기 등에 쓰인다. 표면촉매는 기체 상태의 반응물질이 고체 상태의 촉매 표면에 흡착되어 일어난다. 유기 촉매는 비교적 분자량이 작은 유기화합물을 말하는데, 반응을 조절하기 어려운 표면 촉매의 단점을 보완하고자 유기물의 형태로 만들어 사용하고 있다. 반응의 선택성이 높고 쉽게 분해한다는 장점이 있다. 의약품 합성과정에 쓰이는 아미노산의 일종인 프롤린이 유기 촉매에 해당한다. 광촉매는 빛을 받아 촉매작용을 일으키는 물질을 말하는데, 이산화 타이타늄이 대표적인 물질로 널리 쓰인다. 빛을 받으면 물을 수소와 산소를 분해하는 역할을 하고, 유기물을 분해하는 반응의 촉매 역할을 한다. 수소연료전지에서 수소를 공급하는데 활용하기도 한다. 효소를 산업현장에 이용하는 사례는 식품산업에서 찾아볼 수 있는데, 아밀레이스는 녹말을 엿당으로 분해하므로 엿당 제조에 쓰인다. 라이페이스는 유지방의 분해 속도를 증가하므로 치즈 제조산업에 활용한다. 프로테이스의 경우 단백질 분해효소이므로 세탁세제 속에 넣어 빨래 속의 때를 분해하는데 활용하고, 콘텍트렌즈에 침착되는 단백질을 제거하는 렌즈 세척액에도 활용한다. 각종 소화효소는 훼스탈과 같은 소화제 속에 넣어서 소화작용을 돕는 의약품으로 제품화하기도 한다. 화학 공업 분야에서는 낮은 온도에서 반응이 일어날 수 있다면 생성 과정의 경비를 줄일 수 있는 현실적인 문제를 해결할 수 있다. 따라서 많은 화학자와 화학공학자들은 화학반응을 낮은 온도나 대기압과 비슷한 압력에서 일어날 수 있는 방법을 찾고자 노력하였고, 이러한 과제를 해결할 수 있는 적절한 촉매를 발견하고자 노력하였다. 또한 부산물 없이 원하는 물질만 생성되는 화학반응의 경로를 찾고자 노력하면서 다양한 촉매를 활용하게 되었다.
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