8.3 오탄당인산 회로 5탄당인산 회로(pentose phosphate pathway)

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1 8.3 오탄당인산 회로 5탄당인산 회로(pentose phosphate pathway)
: 글루코오스 분해→리보오스-5-인산과 NADPH 리보오스-5-인산: 뉴클레오티드, 핵산의 전구체 NADPH: NADH와 유사한 구조 조직 내 환원적 반응에서 필요한 화합물 해당과정과 유사 BUT, 매우 다른 결과물 순반응 글루코오스+ ATP + 2NADP++ H2O → 리보오스-5-인산 + CO2 + 2NADPH + 2H+ + ADP

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7 8.3 오탄당인산 회로

8 8.4 다른 중요한 당의 대사 (1) 프룩토오스 대사 프룩토오스-1-인산으로 전환 By 프룩토키나아제
DHAP와 글리세르알데히드로 분리 by 프룩토오스-1-인산 알돌라아제 DHAP는 글리세르알데히드-3-인산으로 분리 by 삼탕당인산 이성질화효소 글리세르알데히드-3-인산 = 글리세르알데히드키나아제 +ATP by 글리세르알데히드키나아제

9 8.4 다른 중요한 당의 대사 (2) 갈락토오스 대사 갈락토오스 → 갈락토오스-1-인산 by 갈락토키나아제
갈락토오스-1-인산 → UDP-갈락토오스 by 갈락토오스-1-인산 우리딜 전이효소(uridyltransgerase) (3) 만노오스 대사 인산화 by 헥소키나아제 → 프룩토오스-6-인산 형태로 회로 진입

10 8.5 글리코겐 대사 인슐린, 글루카곤, 에피네프린 (1) 글리코겐 합성 1. 글루코오스-1-인산의 합성
글루코오스-6-인산 → 글루코오스-1-인산으로 전환 by 포스포글루코뮤타아제 글루코오스-6-인산으로 인산기 전이 → 글루코오스-1,6-이인산을 형성

11 8.5 글리코겐 대사 2. UDP-글루코오스의 합성 UDP-글루코오스(uridine diphosphate glucose)
: 글루코오스보다 더 반응성이 높다 글루코실 전이효소(glycosly transferase)에 의한 전이 반응을 촉매하는 효소 활성자리를 안전하게 유지 3. UDP-글루코오스로부터 글리코겐 합성

12 Chapter 9. 호기성 대사 Ⅰ : 구연산 회로

13 9.2 구연산 회로 피루브산: 교차점에 있는 분자 ⇒ 호기성 세포에서 일어나는 피루브산의 산화
피루브산과 호기성 대사가 일어나는 장소 : 미토콘드리아 (mitochondria) cf> 해당과정 및 글루코오스신생합성 → 세포질

14 9.2 구연산 회로 물질 수송에 있어서 서로 다른 특성을 가지는 이중막의 미토콘드리아 구조

15 9.2 구연산 회로

16 9.2 구연산 회로 피루브산과 미토콘드리아 미토콘드리아 “세포의 발전소” 광영양생물에도 존재 이화작용을 통하여 ATP 생성
평균 직경 0.5~1μm, 길이 10μm, 핵이나 엽록체보다 小 고등동물은 많은 수의 미토콘드리아 보유 레닌저(alvert lehninger) & 케네디(eugene kennedy) ⇒시트르산회로, 호흡(산소의 흡수, 전자전달 및 ATP합성)

17 9.2 구연산 회로 외막(outer membrane): 대부분의 작은 대사물질 통과
내막(inner membrane): 막내재성 단백질에 의해 조절 기질(matrix): 내막을 경계로 하는 내부의 액체성 공간 ⇒ 피루브사날수소효소 복합체, 시트르산회로 및 전자전달계 등을 포함 효소와 단백질들 : 겔과 같은 미토콘드리아 기질에 용해 or 내막에 결합되어 메타볼론(metabolon)을 이룸 기질통로흐름(substrate channeling)

18 9.2 구연산 회로 호기성 대사의 지속을 위해 미토콘드리아 막을 통과하여 기질로 들어가야 함 외막(극성): 확산을 통해 이동
내막: 단순 확산에 의해 통과 할 수 없음 ⇒ by 피루브산자리옮김효소(pyruvate translocase) -일종의 투과 효소(permease) -피루브산과 히드록시드 이온을 역수송 형태로 교환

19 9.2 구연산 회로 피루브산의 산화 시트르산회로로 들어가기 전 피루브산의 탄소 골격의 세 가지 화학적 변형
1. 탈카르복실화(decarboxylation)에 의한 CO2 소실 2. C2의 케토기가 카르복실기로 산화됨 3. 티오에스테르결합(thioester bond)을 통하여 조효소 A(coenzyme A)와 연결되어 활성화 세 가지 효소, 다섯 가지 조효소, 다섯 가지 화학 반응 필요

20 9.2 구연산 회로 피루브산탈수소효소복합체 (pyruvate dehydrogenase complex)
: 피루브산이 아세틸-CoA로 산화시키는 효소 복합체

21 9.2 구연산 회로 피루브산탈수소효소복합체의 작용

22 9.2 구연산 회로 1단계 By 피루브산탈수소효소(pyruvate dehydrogenase, E1)
보조인자: 티아민피로인산(thiamine pyrophosphate, TPP) α케토기의 탈카르복실화반응에 관여하는 효소 보조 에탄올 발효: 피루브산의 탈카르복실화반응 → 유리된 아세트알데히드 생성 피루브산탈수소효소의 경우 히드록시에틸(hydroxyethyl) 유도체로서 E1에 결합

23 9.2 구연산 회로 2단계 탄소 단위가 리포아미드(lipoamide)에 전달되면서 산화
리포아미드: 디히드로리포일아세틸기전달효소(dihydrolipoyl transacetylase, E2)의 보결분자단 리포산(lipoic acid)의 유도체 가역적 환원에 의해 티올로 전환될 수 있는 이황화결합(산화 상태)을 가짐 리포아미드는 산화환원과 짝지어져 있는 아실기전달반응에 관여하는 보결분자단

24 9.2 구연산 회로

25 9.2 구연산 회로 3단계 아세틸기를 E2-리포아미드로부터 조효소 A(coenzyme A)의 –SH기에 전달하여
최종 산물인 아세틸-CoA(acetyle-CoA) 생성

26 9.2 구연산 회로 4단계와 5단계 피루브산이 아세틸-CoA로 변형되어 시트르산회로에 들어갈 수 있는 단계
피루브산탈수소효소복합체 회로는 아직 미완성 리포아미드의 티올기(thiol group)의 산화 2개의 전자와 2개의 양성자가 환원된 E2-리포아미드에서 E3-FAD로 전달되고 최종적으로 NAD+로 전달 by 디히드로리포일탈수소효소 (dihydrolipoyl dehydrogenase, E3)

27 9.2 구연산 회로 FAD(flavin adenine dinucleotide)는 NAD+와 생물학적 기능이 유사
FAD: 리보플라빈(riboflavin)에서 유래 NAD+: 니아신(niacin)에서 유래 ⇒ 산화환원반응에 관여하는 보조인자

28 9.2 구연산 회로 피루브산탈수소효소와 인체건강 TPP의 구성원인 티아민이 결핍 → 각기병(beriberi)
피루브산 대사 이상 by 피루브산탈수소효소복합체의 단백질 단위체 유전자의 돌연변이 피루브산 대사가 결여된 환자 : 피루브산, 알라닌, 락트산의 혈중 농도가 高 만성 진행성 뇌질환(뇌의 염증), 정신지체와 조기사망과 같은 심각한 신경병적 증상

29 9.2 구연산 회로 시트르산 회로 목적 1. 피루브산 or 지방산으로부터 생성된 아세틸-CoA의 C2 단위를 CO2로 분해하여
ATP나 GTP의 형태로 E를 저장, NADH와 FADH2의 형태로 환원력을 생성 2. 아미노산, 포르피린 및 피리미딘이나 퓨린과 같은 뉴클레오티드염기의 합성 전구체를 공급

30 9.2 구연산 회로 해당과정 VS 시트르산회로 해당과정은 직선형의 경로 시트르산회로는 순환적으로 작용
해당과정의 효소는 세포질에 자리 시트르산회로의 효소들은 미토콘드리아의 기질에 위치

31 9.2 구연산 회로

32 9.2 구연산 회로

33 9.2 구연산 회로 1단계 아세틸 CoA와 옥살로아세트산의 결합으로 시작 반응의 형식: 옥살로아세트산의 케토 이중결합에
아세틸기가 첨가되어 시트르산 생성 시트르산생성효소(citrate synthase) 물: 시트로일-CoA(citroyl-CoA)를 가수분해 2단계 이성질화-재배치반응(isomerization-rearrangement) 이중결합생성 by 물의 제거 이중결합에 물이 다시 부가되는 반응메커니즘이 관여

34 9.2 구연산 회로 3단계 시트르산의 재배치 반응에 의해 생성된 이소시트르산이 산화되는 과정
이소시트르산에 있는 히드록실기의 산화 → 불안정한 중간산물 형성 → 탈카르복실화에 의해 α케토글루타르산(αketoglutarate) 생성 효소: 이소시트르산탈수소효소(isocitrate dehydrogenase) → NAD+를 전자수용체로 사용

35 9.2 구연산 회로 4단계 α케토글루타르산이 산화되는과정 효소: α-케토글루타르산탈수소효소복합체
(α-ketoglutarate dehydrogenase) 고에너지 화합물인 숙시닐-CoA로 에너지 수거

36 9.2 구연산 회로 5단계 숙시닐-CoA: 무수인산결합보다 더 높은 E를 가지는 티오에스테르 화합물
티오에스테르 E가 ATP나 GTP의 형태로 전환 숙시닐-CoA합성효소(succinyl-CoA synthetase)의 두 가지 동위 효소를 가짐 인산기 수용체로서 ADP를 선호, GDP 선호

37 9.2 구연산 회로 6단계 숙신산(succinate)이 푸마르산(fumarate)으로 산화
by 숙신산탈수소효소(succinate dehydrogenase) FAD: 산화반응의 보조인자 NAD+: 히드록실기와 케토기를 상호 전환시키는 산화환원반응에 사용

38 9.2 구연산 회로 7단계 푸마르산에 물이 첨가되는 반응 by 푸마르산수화효소(fumarate hydratase)
이중결합에 물을 첨가하여 L-말산(L-malate) 생성 8단계 L-말산의 히드록시기 산화 → 옥살로아세트산 생성 by 말산탈수소효소(malate dehydrogenase)