생화학 10장 탄수화물 대사(3. 당신생)

1. 글루코오스 신생(gluconeogenisis, 당신생) 1) 서론 ① 비탄수화물 전구체(젖산, 피루브산, 글리세롤, α-케토산, 당형성아미노산) 로부터 글루코오스 만드는 과정 ② 생성 기관 주로 간 신장 : 대사 산독증(metabolic acidosis, 혈액이 산성으로 치우치는 경우), 기아 상태에서는 신장에서도 생성 ③ 원인 : 장기간 단식이나 격렬한 운동으로 간의 글리코겐이 부족 시 ④ 뇌와 적혈구는 글루코오스를 유일한 에너지원으로 이용 ⑤ 특수 상황에서 뇌는 지방산 유도체인 케톤체를 에너지원으로 이용 ⑥ 운동하는 골격근은 근육세포에 저장된 지방산과 공동으로 근육세포에 글리코겐으로 저장된 글루코오스를 사용

탄수화물 대사: 글루코오스 신생과 해당작용

2) 글루코오스 신생 반응 ① 포스포엔올피루브산의 합성 피루브산 → 옥살로아세트산(oxaloacetate, OAA) : 미토콘드리아, 세포질

OAA → 포스포엔올피루브산(phosphoenolpyruvate)

② 프룩토오스-1,6-이인산이 프룩토오스-6-인산으로의 전환 * 프룩토오스-1,6-이인산가수분해효소가 필요(지방조직에는 없음)

③ 글루코오스-6-인산으로부터 글루코오스 합성 글루코오스-6-인산 가수분해효소 : 간, 신장에만 존재 (근육, 지방조직에는 없음) 글루코오스는 혈액으로 방출 기질순환(substrate cycle) : 글루코오스 신생과 해당 반응과 같이 상호 연관된 짝지어진 반응 정반응을 촉매하는 효소의 활성제가 역반응을 촉매하는 효소의 억제제로 작용  

3) 글루코오스 신생 기질 ① 코리 회로(Cori cycle) : 젖산 → 글루코오스 젖산 : 운동 중 골격근육에 의해 방출 → 간으로 운반 젖산 -(젖산 가수분해효소)→ 피루브산 → 글루코오스  

글리세롤 -(글리세롤키나아제 : 간)→ 글리세롤-3-인산 → DHAP ② 글리세롤 혈액에서 간으로 운반 글리세롤 -(글리세롤키나아제 : 간)→ 글리세롤-3-인산 → DHAP  

③ 글루코오스-알라닌 회로(glucose-alanine cycle) 운동하는 근육이 피루브산 생성 -(아미노산 전이 반응)→ 알라닌 알라닌(간으로 운반) → 피루브산 → 글루코오스

4) 글루코오스 신생 조절 ① 글루코오스 신생 속도는 호르몬, 다른자리 입체성 효과물질, 기질의 이용 가능성에 의해 영향 ② AMP가 증가하면 해당 과정이 증가, AMP가 감소하면 글루코오스 신생 과정이 증가  

2. 오탄당인산 회로(pentose phosphate pathway) : 1) 오탄당인산 회로(HMP shunt) ① 글루코오스 산화의 또 다른 회로 ② ATP 재생은 없음 ③ 중요 생성물 : NADPH(동화 반응에 필요한 환원제) 생성, 리보오스-5-인산(뉴클레오티드와 핵산의 성분) ④ 세포질에서 산화적 단계, 비산화적 단계 근육에는 6-인산포도당 탈수소효소가 적게 있어서 HMP회로가 활발치 못함.  

2) 산화적 단계(oxidative thase) ① 전체 반응 : 글루코오스-6-인산 → 리불로오스-5-인산으로 전환 2NADPH 생성 ② 글루코오스-6-인산 → 글루콘락톤-6-인산, NADPH 생성 (글루코오스-6-인산 탈수소효소, G-6-PD) ③ 글루콘락톤-6-인산 -(글루콘락톤효소) → 글루콘산-6-인산 ④ 글루콘락산-6-인산 → 3-케토-글루콘산-6 -인산, NADHP 생성 (글루콘락산-6-인산 탈수소효소) ⑤ 3-케토-글루콘산-6-인산 → 리블로오스-5-인산 

⑥ NADPH 지질합성과 항산화작용 같은 환원과정에 필요 오탄당회로에 의해 공급 : 지질이 합성되는 지방조직, 부신피질, 유선, 간에서 활발 강력한 항산화제(antioxidant) : 다른 분자의 산화를 방지 ⑦ NADPH 요구량이 높은 적혈구나 간세포에서 활발

3) 비산화적 단계(nonoxidative thase) ① 다양한 당분자들의 이성질화와 축합반응을 포함 ② 중간 산물인 리보오스-5인산, 프룩토오스-6-인산, 글리세르알데히드-3-인산은 다른 회로에도 이용 ③ 리블로오스-5-인산 → 리보오스-5-인산으로 전환 (리보오스인산 이성질화효소) “ → 크실룰로오스-5-인산으로 전환 (리블로오스인산 3-에피머화효소) ④ 나머지 반응에서의 케톨 전이효소 및 알돌 전이효소는 C3, C5, C6의 상호전환을 촉매 트랜스케툴라제의 작용에는 TTP(티아민 피로인산)이 조효소로 필요.  

3. 중요한 다른 당의 대사 : 1) 프록토오스(fructose) 대사 ① 프룩토오스의 공급원 : 과일, 꿀, 설탕 ② 두 가지 경로에 의한 대사(그림 참조) 간 : 프룩토오스 -(프룩토키나아제)→ 프룩토오스-1-인산 -(프룩토오스-1-인산 알돌라아제) → 글리세르알데히드-3-인산 근육과 지방조직 : 프룩토오스 -(헥소키나아제)→ 프룩토오스-6-인산 * 효소는 포도당에만 작용이 빠르므로 주요 경로가 안됨

2) 갈락토오스(galactose) 대사 ① 갈락토오스 -(갈락토키나아제) → 갈락토오스-1-인산   2) 갈락토오스(galactose) 대사 ① 갈락토오스 -(갈락토키나아제) → 갈락토오스-1-인산 -(갈락토오스-1-인산-우리딜 전이효소) → UDP-갈락토오스 -(UDP-글루코오스-4-에피머화효소) → UDP-글루코오스

② UDP-글루코오스 글리코겐 합성에 직접 이용 UDP-글루코오스 → 글루코오스-1-인산 (UDP-글루코오스 피로가인산분해효소) 글루코오스-1-인산 → 글루코오스-6-인산 ⇒ 해당회로 (포스포글루코뮤타아제)

<갈락토오스 대사 요약> 간에서 글루코오스-1-포스페이트를 거쳐서 글루코오스로 전환 간 기능 장애가 있으면 갈락토오스는 포도당이 되지 못함. (간 기능검사에 사용 : 갈락토오스 부하시험) UDP-glucose 와 UDP-galactose는 가역반응 : (체내 갈락토오스 요구시 전환 가능) (포스포갈락토오스 유리딜전이효소가 결핍이면 갈락토오스 대사 못함 : 갈락토오스 혈증,galactosemia,이라는 선천상 대사장애)

4. 글리코겐 대사 : 1) 글리코겐 합성(glycogenesis) ① 식사 후 혈당량이 높을 때 간에서 합성 – 주로 간과 근육 ② 글루코오스-6-인산 → [글루코오스-1,6-이인산] → 글루코오스-1-인산 (포스포글루코뮤타아제) (포스포글루코뮤타아제) 글루코오스-1-인산 → UDP-글루코오스 → 글리코겐 (UDP-글루코오스 피로가인산분해효소)

③ UDP-글루코오스 → 글리코겐 과정에 필요한 효소 촉매하는 글리코겐 합성효소(glycogen synthetase) 글리코겐 분자 내 가지사슬 형성을 위해 α(1,6) 결합을 만드는 분자효소 : 아밀로-α(1,4→1,6)-글루코실 전이효소 [amylo-α(1,4)→1,6)-glycosyl transferase]  

<글리코겐 합성 요약> 주로 간과 근육에서 일어남 ATP 대신에 UTP를 사용 – UDP-glucose를 생성 glycogen synthetase은 글리코겐합성 조절효소로 작용 - 인슐린은 이 효소를 증가시켜 글리코겐 합성을 촉진

2) 글리코겐 분해 ① 글리코겐의 비환원 말단으로부터 글루코오스 제거 : α(1,4) 결합 절단 ⇒ 글리코겐 -(글리코겐 가인산분해효소)→ 글루코오스-1-인산, 글리코겐 ② 글리코겐의 분지점에서 α(1,6) 글리코시드 결합의 가수분해 ⇒ 아밀로-α(1,6)-글루코시다아제[amylo-α(1,6)-glycosidase]의 촉매  

<글리코겐 분해> 포스포릴라아제에 의해서 시작 글루칸 전이효소와 debranching 효소에 의해서 1-인산 포도당이 생성 포스포글루코뮤타아제에 의해서 6-인산 포도당으로 되고 포도당-6-인산 효소에 의해서 포도당이 됨 (근육에는 이 효소가 없어서 포도당으로 되지 못함) <포스포릴라아제> 조절 효소이다. 환상 AMP에 의해서 활성화 된다. 인슐린은 환상 AMP 생산을 감소

3) 글리코겐 대사조절 합성과 분해 모두 인슐린, 글루카콘, 에피네프린 같은 호르몬에 의해 조절