[생화학] 14.2 : glucose 대사 조절 - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 당 대사의 조절 과정에 대해 자세히 살펴보자.

 

 

 

이전에 살펴봤던 것처럼 ATP, AMP는 매우 중요한 cellular regulator로 작용함.

 

 

 

 

이 때 특히나, ATP는 매우 abundant한 반면 AMP는 매우 적게 존재함. 따라서 위 표에 나타나 있는 것처럼 ATP의 양이 10%만 줄어들어도 AMP는 600% 늘어나게 됨. 따라서 이처럼 매우 dramatic하게 변화하는 AMP는 regulation에 매우 유용하게 사용될 수 있음.

 

 

그렇다면 AMP는 구체적으로 어떻게 pathway들에 영향을 미칠 수 있을까.

 

 

 

 

 

AMP가 결합하는 대표적인 단백질은 AMP-activated protein kinase(AMPK)임. 이 단백질에 AMP가 allosteric하게 결합할 시 structural change가 일어나게 되고, 그렇게 될 시 LKB1이라는, 또 다른 protein kinase에 의해서 AMPK가 인산화되어서 비로소 active해질 수 있음. active해진 AMPK는 다양한 반응을 매개하는데, glucose transport, glycolysis, fatty acid oxidation과 같은, ATP 농도가 높아지는 쪽의 반응은 activation되고, glycogen synthesis, fatty acid, cholesterol, protein synthesis와 같은, ATP 농도가 낮아지는 쪽의 반응은 repression됨. 결과적으로 AMP에 의해서 AMPK가 활성화되고, 그 결과 ATP 농도가 높아지는 쪽으로 반응들이 일어남.

 

 

이 밖에도 각종 glycolytic intermediate, NADH/NAD+, NADPH/NADP+, hormones, cytokines 등이 pathway를 regulation할 수 있음. 참고로 앞서서도 설명했던 것처럼 brain과 같은 기관은 glucose를 저장할 수 없으므로, 이런 기관들은 특히나 blood glucose 농도가 유지되는 것이 중요함. 실제로 일반적인 상황에서는 혈내에 4.5-5mM의 glucose가 존재하는데, 만약 2.5mM로 떨어지면 mental confusion이 유발되고, 1mM정도로 떨어지면 coma에 이은 죽음으로까지 이어짐. 이런 일이 벌어지지 않게 하기 위해 다양한 층위에서 복잡한 regulation이 이루어지고 있음.

 

 

 

 

한편, 실제로 특정 효소가 어떤 pathway에 얼마나 기여하는지를 확인하고자 할 경우, 조직을 몽땅 갈아버린 다음 특정 효소를 추가적으로 넣어봤을 때 얼마나 전체 반응 정도가 증가하는지를 보면 될 것임.

 

 

 

 

이런 방식으로 hexokinase IV, PFK-1, phosphohexose isomerase 각각에 대한 glycolytic flux 정도를 측정해본 결과가 위와 같음. 보면 hexokinase가 가장 많은 기여를 하고, PFK-1도 hexokinase보다는 못하지만 어느정도 기여하는 반면 phosphohexose isomerase는 거의 기여를 하지 않는다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

 

 

한편 Flux control coefficient C를 반응 기여도를 판단할 때 많이 사용하곤 하는데, 이 때 C는 특정 반응이 pathway 전체에 contribution하는 정도를 의미함. 즉, 위 그림상에서의 C를 볼 시 C→D로 가는 반응이 가장 많이 contribution하고 있음을 알 수 있음. (참고로 pathway의 최종산물이 D일 때, B에서 E로 가는 반응은 오히려 D가 최종 생성물로 생성되는 것을 방해하기 때문에 이 반응의 C 값은 -임) 한편 위 그림상에도 나타나 있는 것처럼 한 pathway에 대한 모든 반응의 C를 다 합하면 1이 됨.

 

 

이 밖에 elasticity coefficient ε도 유용한 parameter임.

 

 

 

 

위 그림과 같이 S 농도에 따른 반응속도 graph를 살펴봤을 때, [S]가 작을 때는 substrate의 양에 따라 반응이 상당히 탄력적으로 변함. 그럴 시 ε은 1에 가까워짐. 한편 [S]가 클 때는 substrate의 양에 따라서 반응이 상당히 비탄력적으로 변하고, 이 때 ε은 0에 가까워짐.

 

 

 

참고로 앞서 정의된 C와 ε을 곱한 R을 response coefficient로 정의하고 사용하기도 함.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.