[생화학] 14.3 : glycogen 대사 - 2

 

 

 

이번 포스트부터는 glucose로부터 glycogen이 합성되는 반응에 대해 조금 더 알아보자.

 

 

glycogen synthesis는 liver와 skeletal muscle에서 주로 일어남. 이 경우 우선 G6P가 G1P로 바뀌고, 이후에 G1P가 UTP와 반응해 UDP-glucose가 만들어지게 됨. 이 과정에서 ppi가 생기게 되는데, 이 녀석은 2개의 phosphate로 다시금 분해되어서 UDP-glucose의 생성 반응을 정방향으로 잘 일어나게끔 도와주게 됨.

 

 

우선 G6P가 G1P로 바뀌는 과정을 생각해보면, 이는 앞서 phosphoglucomutase에 의해 일어났던 반응의 정확히 역반응에 해당하며, 동일한 효소, 동일한 mechanism에 의해 일어나게 됨.

 

 

 

 

다음으로, glucose 1-phosphate가 UDP-glucose로 바뀌는 반응이 위 그림에 묘사되어 있음. 보면 glucose에 달린 phosphate의 O가 UTP의 α phosphate를 attack하고, 그 결과 UDP-glucose와 pyrophosphate가 생기게 됨. (이 때 작용하는 효소는 UDP-glucose pyrophosphorylase임) 이후 pyrophosphate는 다시금 2분자의 inorganic phosphate로 분리되게 됨.

 

 

 

 

 

 

위 그림에는 UDP-glucose의 구조가 나타나 있음. 이 중 glucose에 붙어있는 nucleotide moiety가 enzyme과 noncovalent interaction을 하면서 반응을 더 favorable하게 만들어주는 효과가 있음. 그 밖에 UMP는 상당히 좋은 leaving group이어서 UDP-glucose가 더 쉽게 nucleophilic attack을 받을 수 있게 됨. 그 밖에 glucose에 UDP가 붙은 형태는 다른 곳에서는 거의 관찰되지 않기 때문에 이 UDP가 일종의 marker처럼 작용하기도 함.

 

 

 

 

이렇게 만들어진 UDP-glucose는 위와 같은 과정에 의해 glycogen의 non-reducing end에 첨가될 수 있음. 이 때 작용하는 효소가 glycogen synthase이며, UDP-glucose의 nucleotide moiety에 의해서 이 효소와의 affinity가 상당히 높아진 채 작용하게 됨. 그 결과 UDP가 한 분자 떨어져나오고, glucose는 glycogen의 non-reducing end에 첨가된 형태의 생성물이 얻어지게 됨.

 

 

 

한편, glycogen은 위와 같은 과정에 의해 branching될 수도 있음. 보면 reducing end 방향에서 6-7개의 glucose unit들에 대해 이러한 반응이 일어나고, glycogen-branching enzyme에 의해서 α1→6 glycosidic bond가 형성되면서 branching이 일어날 수 있음. 이런 식으로 branching이 일어나게 되면 전반적으로 glycogen이 더 soluble해지게 되고, 그 밖에 non-reducing end가 많아지게 되므로 합성의 측면에서도 용이하고 분해의 측면에서도 용이해지게 됨.

 

 

지금까지는 이미 어느 정도 길이로 존재하는 glycogen에 glucose unit이 하나씩 첨가되는 반응에 대해 살펴봤었음. 그렇다면 처음 glycogen이 형성될 때는 어떤 식으로 형성될까.

 

 

 

 

이 때의 과정이 위 그림에 나타나 있음. 보면 glycogenin이라는 단백질이 관여하는데, 이 녀석의 Tyr residue에 있는 O가 UDP-glucose의 1번탄소를 공격하게 되고 그 결과 UDP가 빠져나가면서 glycogenin의 tyr residue와 glucose가 연결된 생성물이 형성됨. 이후 glycogenin이 가지고 있는 glucosyltransferase activity에 의해서 이 분자에 glucose가 하나씩 첨가되게 됨. glycogenin에 의한 첨가는 총 8개 glucose length 정도까지만 이루어지고, 이후에는 앞서 봤던것처럼 glycogen synthase에 의해 glucose unit이 첨가되게 됨.

 

 

실제로 위와 같이 glycogenin에 붙어있는 primer를 중심으로 해서 branching되고 신장되어서 상당히 거대한 중합체가 만들어지게 됨. 위 그림에는 대략 5 tier 정도가 표현되어 있으나 실제로는 12 tier 정도의 층위로 branching되고 신장되기를 반복하는 구조가 관찰됨.

 

 

 

 

 

위 그림에는 지금까지 살펴본 glycogen의 생합성, 생분해 반응들이 다 정리되어 있음. 참고할 것.

 

 

 

다음 포스트부터는 이들 반응들의 조절 기전에 대해 알아보자.