[생화학] 13.2 : 해당과정(glycolysis) - 2

 

 

이번 포스트부터는 해당과정 하나하나에 대해 자세히 알아보자.

 

 

step 1 - phosphorylation of glucose

 

 

 

 

첫 번째 반응은 위 그림에 나타나 있는 것과 같이 glucose의 6번 탄소에 인산기를 붙여주는 반응임. 이 반응의 ΔG 'o값은 상당히 낮은데, 이는 이 반응이 ATP 분해반응과 coupling되어있기 때문임. (그러다 보니 이 반응은 열역학적으로 favorable하고 irreversible함) 이 때는 그냥 ATP4-가 사용되는 것이 아니라 MgATP2-가 사용됨.

 

 

 

한편 이 반응의 효소는 hexokinase인데, 이 효소는 soluble, cytosolic protein임. 실제로는 glucose, ATP가 hexokinase에 결합함에 따라서 induced fit에 따라 구조가 변형되면서 glucose와 ATP가 가깝게 위치하게 되고, water의 access가 차단되어 반응이 더 잘 일어날 수 있게 됨.

 

 

hexokinase는 I-IV까지의 종류가 있는데, 이들을 encoding하는 gene의 종류는 다 다르지만 그럼에도 이들은 유사한 기능을 수행함. 그렇기에 이들을 isozyme이라 불러줌. 한편 특별히 hexokinase IV를 glucokinase라고 부름.

 

 

 

이 반응의 의의는 크게 2가지인데, 첫 번째 의의는 glucose에 인산기를 붙여 glucose가 cell 내에 trap되게 만들어주는 것이고 두 번째 의의는 glucose를 activation시켜 다음 반응으로 갈 수 있게 하는 것임.

 

 

이 반응은 앞서도 논의했듯이 glucose 내 C6에 붙은 O가 ATP의 γ phosphate를 nucleophilic attack한 결과 일어나게 됨.

 

 

 

step 2 - phosphohexose isomerization

 

 

 

 

 

두 번째로 일어나는 반응은 위와 같이 G6P가 F6P로 isomerization되는 반응임. 이 반응의 경우 ΔG'o가 0에 가깝기 때문에 condition에 따라서 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있음. (다만 product가 생성되자 마자 다음 반응의 반응물로 쓰이므로 이 반응이 정반응으로 일어날 수 있는 것) 한편 이 반응은 phosphohexose isomerase에 의해 매개됨.

 

 

 

 

실제로 glucose와 fructose의 linear form을 비교해보면 위와 같음. 보면 glucose는 aldose인 반면 fructose는 ketose임. 결국 이 step은 aldose를 ketose로 바꿔주는 반응이라 할 수 있음.

 

 

 

이 반응의 의의는 단순한데, 이후 1개의 인산기를 1번 탄소에 더 붙이는데 있어서 glucose보다 fructose의 form이 훨씬 더 수월하기 때문임.

 

 

 

 

 

위 그림에는 이 반응의 자세한 분자적 기전이 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

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1. 우선 G6P의 linearization이 일어남.

 

 

2. phosphohexose isomerase의 base에 의해 2번 탄소의 H가 공격을 받게 되고, 그 결과 O의 이중결합이 풀리는 한편 C=C의 이중결합이 형성됨.

 

 

3. 이후 수소이온이 들어가면서 C=C 이중결합을 중심으로 같은 쪽에 2개의 OH가 있는 cis-Enediol intermediate가 형성됨.

 

 

4. 이후 수소이온이 빠져나가면서 ketone이 형성됨. 이 과정에서 enzyme의 base는 다시 수소이온을 뱉어내게 됨.

 

 

5. 다시 ring formation이 일어나며 F6P가 형성됨.

 

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참고로 이 반응에 있어서 효소의 active site 상에 존재하는 glutamate가 base로 작동하게 됨.

 

 

step 3 - 2nd priming phosphorylation

 

 

 

3번째로 일어나는 반응은 위와 같은데, 보면 F6P에 인산기가 하나 붙어 F1,6BP가 만들어지게 됨. 이 반응의 ΔG'o는 상당한 음수인데, 이 또한 ATP의 가수분해반응과 coupling되어있기 때문임. (즉, 이 반응은 열역학적으로 favorable하고, irreversible함) 이 때 작용하는 효소는 phosphofructokinase-1(PFK-1)인데, PFK-1은 상당히 많은 regulation을 받는 효소 중 하나임. (특히나 이 반응이 glycolysis로의 committed step에 해당하므로 tight한 regulation을 받는 것은 어찌보면 당연함)

 

 

 

4번째 반응부터 다음 포스트에서 이어서 살펴보자.