[생화학] 13.4 : 당신생합성(gluconeogenesis) - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 당신생합성(gluconeogenesis)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에는 gluconeogenesis와 관련된 다양한 경로들이 나타나 있음. 이 때 알 수 있는 것처럼 다양한 시작물질들로부터 glucose가 생합성되는 것이 가능함.

 

 

 

 

 

위 그림의 왼쪽에는 glycolysis가, 오른쪽에는 gluconeogenesis가 나타나 있음. 이 때 glycolysis는 주로 muscle, brain 등에서 일어나는 반면 gluconeogenesis는 주로 liver에서 일어남.

 

 

gluconeogenesis는 단순히 glycolysis의 역반응이 아님. 특히 위 그림상에서 pyruvate이 PEP로 바뀌는 반응, F1,6BP가 F6P로 바뀌는 반응, G6P가 glucose로 바뀌는 반응의 경우 glycolysis의 역반응 그대로 일어나기에는 원래 반응의 너무 favorable하기 때문에 우회경로를 거쳐야 함. (이 때 작용하는 enzyme의 종류도 다름) 흥미롭게도 gluconeogenesis에서는 ATP가 생성되지 않으며, 단지 소모되기만 한다는 특징이 있음.

 

 

실제로 이런 3개의 우회반응이 있기에 futile cycle이 방지될 수 있기도 함. 이 때 futile cycle이란 glucose와 G6P가 왔다갔다하는 반응을 생각해볼 시 ATP가 소모되고, 생성되자마자 G6P가 glucose로 바뀌어버리면서 inorganic phosphate가 떨어져나와서 ATP가 무한히 소모되어버리는 식의 소모적인 cycle을 의미함. 이런 cycle이 일어나지 않을 수 있는 이유 중 하나가 바로 irreversible한 3개의 reaction 덕분임.

 

 

 

 

 

우선 pyruvate가 PEP로 변화하는 반응에 대해 살펴보자.

 

 

 

 

이 반응의 초반에는 우선 위 그림에 나타나 있는 것처럼 pyruvate와 bicarbonate(이 녀석은 media상에 많이 존재)가 pyruvate carboxylase의 도움을 받아 반응하고, 그 과정에서 ATP 한분자를 소모하며 oxaloacetate가 만들어지게 됨. 이 반응은 mitochondria의 내부에서 일어남. (참고로 oxaloacetate는 TCA cycle의 구성성분이기도 함)

 

 

그런데 이 때 cofactor인 biotin이 큰 역할을 함.

 

 

 

 

위 그림에 biotin의 역할이 나타나 있는데, 일반적으로 biotin은 site 1에서 site 2로, 즉 원거리를 거쳐서 CO2를 옮겨주는 CO2 carrier 역할을 함.

 

 

 

 

이와 관련된 구체적인 mechanism이 위와 같음. 보면 우선 bicarbonate가 ATP를 공격한 뒤 carboxyphosphate가 형성되고, 이어서 Pi가 빠져나가면서 만들어진 CO2가 biotin에 의해 공격을 받게 됨. 이후 위 그림 4에 나타나 있는 것처럼 CO2가 한쪽에서 다른쪽으로 이동함. 이어서 이 부근에서 연쇄반응이 일어나며 CO2가 다시금 분리됨. 이어서 pyruvate가 biotin에게 공격을 받게 되고, 그렇게 형성된 pyruvate enolate가 CO2를 공격하게 되면 최종적으로 oxaloacetate가 만들어지게 됨.

 

 

 

 

 

한편 이렇게 만들어진 oxaloacetate는 위 그림상에 나타나 있는 것처럼 GTP를 공격하고 그 결과 GDP와 CO2가 방출되면서 phosphoenolpyruvate(PEP)이 형성됨. 참고로 이 반응에서 효소로 작용하는 녀석은 PEP carboxylkinase임.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.