[생화학] 17.2 : 아미노산의 catabolism - 2

 

 

지난 포스트에 이어서 이번에는 aminotransferase(아미노기 전이효소)에 대해 보다 더 자세히 알아보자.

 

 

 

aminotransferase는 pyridoxal phosphate(PLP)를 cofactor로 가지며, 이 녀석은 보통 amino group을 α-ketoglutarate로 전달해줘 glutamate로 만들어주는 역할을 함. 참고로 glutamate에 amino group이 하나 더 첨가되면 glutamine이 되며, 이런 추가적인 amino group 첨가를 유발해주는 enzyme이 바로 glutamine synthetase임. 일반적으로 L-glutamine은 내부에 amino group을 2개 가지고 있으므로 temporary한 nitrogen storage의 역할을 할 수 있으며, amino acid biosynthesis 등 amino group이 필요할 때 donation해줄 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림에는 반응 과정이 다시금 나타나 있음. 보면 L-amino acid에 있던 amino group이 α-ketoglutarate로 전달되면서 L-glutamate가 만들어지게 됨. 이 과정에 관여하는 효소는 계속 말했던 것처럼 aminotransferase이며, 이 때의 조효소는 PLP임.

 

 

 

 

 

한편, 위 그림과 같이 L-glutamate는 L-glutamine으로 바뀔 수도 있음. 우선 glutamine synthetase가 작용해 ATP의 인산기 하나가 L-glutamate의 끝부분에 달라붙게 되고 그 결과 γ-glutamyl phosphate가 생성됨. 이어서 glutamine synthetase가 한번더 작용해서 phosphate가 붙어있던 부분에 ammonia의 N이 첨가되게 됨. 이런 과정의 결과로 L-glutamine이 만들어지는 것임. 한편 L-glutamine은 glutaminase(이 효소는 liver mitochondria에 존재)에 의해서 deamination되면서 L-glutamate로 다시금 변할 수도 있음.

 

 

 

 

결국 이러한 전략은 toxic한 ammonia를 transportation시키는데 있어서 매우 중요한데, 세포 내에서는 glutamate의 형태로 ammonia의 N이 이동되고, 세포 밖, 즉 bloodstream을 통해 이동할 때는 glutamine, alamine의 형태로 ammonia의 N이 이동되는 것임.

 

 

 

 

PLP의 구조는 위 그림 왼쪽과 같음. 보면 이 녀석의 경우 aldehyde를 내부에 가지고 있음. 이 때 substrate로 전달되기 전 상태의 amino group이 우선 이 PLP로 전달되는데, 그럴 시 위 그림 오른쪽에 나타난 것과 같은 aminated form이 생기게 됨. 이 때 이 녀석을 pyridoxamine phosphate라고 부를 수 있음.

 

 

 

 

 

 

한편 위 그림에는 PLP과 enzyme(aminotransferase)이 어떤 식으로 연결될 수 있는지에 대해 나타나 있음. 보면 enzyme의 active site에 존재하는 Lys의 N이 앞서 봤던 PLP의 aldehyde C를 공격할 수 있음. 그럴 시 물이 빠져나가며 결과적으로 charged Schiff base가 만들어지게 됨. 이 때의 이러한 결합 형태를 aldimine이라 하며, 특별히 enzyme과 PLP 사이에 일어나는 결합이므로 internal aldimine이라 불러줄 수 있음.

 

 

 

 

 

위 그림 왼쪽에 나타나 있는 것은 aminotransferase의 homodimer form임. 한편 중간에 나타나 있는 붉은색이 internal aldimine이며, 이 구조를 조금 더 확대해서 나타내주고 있는 것이 오른쪽 그림임.

 

 

 

 

그렇다면 PLP는 어떤 식으로 반응에 관여하는 것일까. 흥미롭게도 PLP는 3가지 반응에 관여할 수 있음.

 

 

 

 

위 그림에 3가지의 반응들이 나타나 있음.

 

 

우선 노란색에 해당하는 deamination 반응부터 살펴보자. 이 경우 처음에는 pyridoxal phosphate가 enzyme과 연결된 internal aldimine이 존재하고 있음. 그런데 이 때 Schiff base의 N이 amino acid가 가지고 있는 amino group의 N으로 대체되면서 새로운 Schiff base가 형성될 수 있음. 이렇게 새로 현성된 aldimine을 external aldimine이라 부를 수 있는 것임. 이후 enzyme이 가지고 있는 base에 의해 proton이 취해지면서 전자가 이동해 Quinonoid intermediate가 만들어지게 되고 이어서 C=C double bond가 proton을 공격하는 데 이어 rearrangement가 일어나고 가수분해되면서 α-keto acid와 pyridoxamine phosphate가 만들어지게 됨.

 

 

다음으로 회색에 해당하는 racemization에 대해 살펴보자. 이 경우 Quinonoid intermediate가 만들어지는 반응까지는 똑같지만 이후에 proton이 공격되는 step에서 이번에는 Schiff base의 double bond가 proton을 공격하게 됨. 결국 base가 뺏어간 H가 다시 공급되는 꼴이 되는데, 이 과정에서 L form의 amino acid가 D form의 amino acid로 interconversion되는 racemization이 일어나게 됨.

 

 

마지막으로 초록색에 해당하는 decarboxylation에 대해 살펴보자. 이 경우 external aldimine이 만들어지는 것까지는 똑같지만 이후 amino acid에 해당하는 부분에서 carboxyl group이 CO2 형태로 떨어져 나오며 decarboxylation됨. 그 결과 amino acid 중 carboxyl part가 떨어진 amine이 만들어지게 됨.

 

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.