[생화학] 17.2 : 아미노산의 catabolism - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 amino acid가 어떻게 catabolism될 수 있는지에 대해 알아보자.

 

 

 

세포 내로 흡수된 amino acid는 크게 2가지 경로로 사용될 수 있음. 첫 번째는 새로운 protein을 만들기 위해 recycle되는 것이고, 두 번째는 oxidation되면서 energy를 만드는데 사용되는 것임. 후자의 경우 amino acid만이 가지는 amino group을 제거하는 urea cycle이 필수적으로 필요하며, urea cycle을 거치고 날 시 나머지 생산물이 glycolysis, citric acid cycle로 들어가서 energy 생산에 기여할 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림에는 dietary protein, 혹은 intracellular protein으로부터 분해되어 나온 amino acid들의 catabolism 경로가 나타나 있음. 보면 amino acid 중 amino part는 ammonia(NH4+)의 형태로 나오고 나머지 carbon skeleton이 남게 됨. 이 중 carbon skeleton은 α-keto acid로 바뀐 뒤 glycolysis, 혹은 citric acid cycle로 들어가게 됨. 이 때 citric acid cycle을 돌면서 energy 생산에 기여할수도 있고, 그 밖에 oxaloacetate 생성에 이은 glucose 형성에 기여할 수도 있음. 한편 ammonia는 amino acid, nucleotide, nitrogen을 함유하는 bioogical amine들의 합성에 이용되기도 하고, 이외에 carbamoyl phoshpate의 일부로 포함되어 Urea cycle로 들어가기도 함. Urea cycle로 들어갈 시 결과적으로 ammonia보다 훨씬 덜 toxic한 Urea가 만들어지며, 이 Urea가 외부로 배출되게 됨. 참고로 위 그림에서도 나타나 있는 것처럼 Urea cycle과 citric acid cycle은 aspartate-argininosuccinate shunt에 의해 연결되어 있음.

 

 

 

 

사실 생물의 종류에 따라 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 ammonia, urea, uric acid의 형태로 nitrogen이 배출되곤 함. 우선 ammonia의 형태로 배출하는 동물들의 경우 ammonotelic animal이라 부르며, 많은 가시있는 수중 척추동물이나 amphibia의 일종인 larvae가 이런 식으로 nitrogen을 분비함. 특히 수중 척추동물의 경우 epithelial cell을 통해 passive하게 ammonia를 diffusion시키기도 하고 gill(아가미)을 이용해서 active하게 transport시키기도 함. 다음으로 urea의 형태로 배출하는 동물을 ureotelic animal이라고 부르며, 많은 지상 척추동물(terrestrial vertebrate), 혹은 shark에게서 관찰되는 형태임. 일반적으로 Urea는 less toxic하며 상당히 높은 solubility를 가지고 있다는 특징이 있음. 마지막으로 uric acid의 형태로 배출하는 동물을 uricotelic animal이라고 부르며, bird, reptile 등이 이에 해당함. uric acid는 urea에 비해서 insoluble한데, 이런 특징 덕분에 bird 등이 nitrogen 배출 과정에서 물을 덜 소비한다는 장점이 있음. (uric acid는 반죽처럼 끈적끈적한 형태이며, 이런 형태로 배출하다 보니 체내의 물이 덜 소비되는 것)

 

 

 

참고로 plant의 경우 거의 대부분의 nitrogen을 그냥 가지고 있으며, human과 영장류의 경우 urea로도(from amino acid), uric acid로도(from purines) nitrogen을 분비함.

 

 

 

 

 

이제 본격적으로 각각의 step들에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에는 amino group이 제거되는 기전에 대한 조금 더 상세한 과정이 나타나 있음. 이런 일은 vertebrate의 경우 liver에서 일어나게 됨.

 

 

보면 우선 amino acid에서 α-ketoglutarate로 nitrogenous amino group이 옮겨가게 됨. (즉, transamination이 일어나는 것) 이런 반응을 매개하는 효소는 aminotransferase이며, 그 결과 amino acid 중 나머지인 α-keto acid와 glutamate가 생성되게 됨. 이후 glutamate가 다시 α-ketoglutarate로 돌아가는 과정에서 ammonia가 배출되고 이 것이 urea cycle로 들어가게 됨.

 

 

한편 흥미롭게도 muscle에서 nitrogen을 처리할 때 alanine의 형태로 만들어 배출하게 되는데, 이 alanine 또한 liver로 올 수 있음. 이후 이 녀석에 붙은 amino group이 α-ketoglutarate로 transamination되면서 glutamate와 함께 pyruvate가 형성되게 됨. 마지막으로 muscle, 혹은 다른 tissue에서는 nitrogen을 glutamine의 형태로 배출하기도 하는데, 이 또한 liver로 올 수 있음. liver로 온 glutamine은 ammonia 1개를 내놓으며 glutamate가 되고, 이후 glutamate가 α-ketoglutarate로 바뀌는 과정에서 ammonia가 1개 더 나오게 됨. 그리고 이렇게 나온 ammonia는 모두 urea cycle로 들어가게 됨.

 

 

 

 

 

 

참고로 amino acid의 종류에 따라 aminotransferase에도 종류가 매우 많음. 예를 들어 aspartate aminotransferase(AAT or AST[glutamate-oxaloacetate aminotransferase, GOT]), glutamate-pyruvate aminotransferase(GPT = alanine aminotransferase[ALT]) 등이 그것임. 흥미롭게도, 이들 효소들은 평소에 liver에 매우 많기 때문에 만약 간세포에 이상이 생겨 간세포가 터진다면 이 효소들이 혈액으로 나올 수 있음. 이 때 이들의 양이 많으므로 혈중 ALT, 혹은 혈중 GOT의 양을 쉽게 검사할 수 있음. 따라서 간에 이상이 있는지 여부를 판단하는 건강검진을 할 떄 이런 효소들의 혈중 농도를 재는 방법을 많이 이용함.

 

 

 

다음 포스트에서는 aminotransferase에 대해 조금 더 자세히 알아보자.