[생화학] 17.2 : 아미노산의 catabolism - 3

 

 

 

지난 포스트에 이어서 살펴보자.

 

 

 

우선  glutamate에서 다시 ammonia가 떨어져 나오며 α-ketoglutarate가 되는 반응에 대해 알아보자. 

 

 

 

 

이 반응은 mitochondrial matrix에서 일어나며 위와 같은 식으로 일어남. 이 반응에 관여하는 효소는 glutamate dehydrogenase이며 이 때의 반응은 크게 2개의 step으로 나눌 수 있음. 우선 첫 step에서는 NAD+, 혹은 NADP+가 환원되면서 N=C double bond가 형성되게 됨. 이후 물이 들어가며 ammonia가 나오고 다시 α-ketoglutarate가 형성되게 됨.

 

 

 

이 과정을 oxidative deamination이라 부르는데, 이는 당연한 것이 산화와 함께 deamination도 일어나기 때문임. 참고로 ammonia secretion을 위해 필요한 transamination과 oxidative deamination 과정을 합쳐서 transdeamination이라 부름.

 

 

glutamate dehydrogenase의 경우 ADP에 의해 positive regulation을 받을 수 있으며 GTP에 의해 negative regulation을 받을 수 있음.

 

 

 

 

한편 위 그림은 liver와 muscle을 걸쳐서 일어나는 glucose-alanine cycle을 나타내 보여주고 있음.

 

 

 

우선 muscle protein이 degradation되어 amino acid가 생성되면 이것으로부터 NH4+가 생성되게 됨. 그리고 이 amino group이 α-ketoglutarate로 전달될 시 glutamate가 생성됨. 이후 glutamate가 다시 α-ketoglutarate로 바뀌는 과정에서 muscle에 많이 존재하는 pyruvate이 alanine으로 전환되게 됨. 이 때 관여하는 효소는 alanine aminotransferase임. (이 반응은 앞서 살펴봤던 alanine이 pyruvate로 바뀌는 반응의 역반응임)

 

이런 과정에 의해 생성된 alanine은 혈관을 통해 liver로 이동해 들어옴. liver에서는 alanine이 다시 α-ketoglutarate로 amino group을 넘겨주면서 pyruvate가 됨(그러면서 glutamate도 형성됨). (이 반응에 관여하는 효소 또한 alanine aminotransferase임) 이렇게 생성된 glutamate에서부터는 다시 amino group이 ammonia의 형태로 빠져나가고, 이 ammonia는 Urea cycle을 거쳐 urea로 변환되게 됨.

 

한편 pyruvate는 liver 내에서 gluconeogenesis를 통해 glucose로 합성되고, 이후 이 것이 muscle로 다시 공급되게 됨. 이후 muscle에서 이 glucose는 다시 glycolysis에 의해 pyruvate로 분해됨.

 

 

흥미롭게도 이 cycle은 pyruvate를 어느정도 다른 pathway로 소비해준다는 점에서도 의미가 있는데, 그도 그럴 것이 muscle에서 과도한 glycolysis가 일어나면 무산소 환경에서는 fermentation에 의해 lactate가 축적될 수 있기 때문임. 실제로 pyruvate의 일부가 alanine으로 바뀌는 과정에 의해 lactate의 과도한 축적이 어느정도 예방되는 측면이 있음.

 

 

 

 

위 그림에는 뒤이어 이어지는 반응들이 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

 

 

우선 앞서 살펴본 것처럼 다른 조직으로부터 전달되어온 glutamine은 mitochondria로 이동할 수 있음. 한편 세포 내에 존재하는 amino acid는 α-ketoglutarate에 amino group을 주며 α-keto acid로 변화할 수 있고, 이 과정에서 glutamate가 생성될 수 있다 했었음. 동시에, muscle로부터 생산되어 이동해온 alanine의 경우에도 α-ketoglutarate에 amino group을 주며 α-keto acid의 일종인 pyruvate로 바뀌고, 이 과정에서도 glutamate가 나옴. 이렇게 생긴 glutamate 또한 mitochondria 내로 이동할 수 있음.

 

 

 

이제 mitochondria 안에서 일어나는 일들에 대해 살펴보자. 우선 glutamine은 glutaminase에 의해 glutamate와 ammonia로 분해될 수 있음. glutamate는 앞서 살펴봤던 것처럼 glutamate dehydrogenase에 의해 α-ketoglutarate로 돌아가면서 ammonia를 내놓을 수도 있고, 혹은 oxaloacetate에 amino group을 전달해주며 α-ketoglutarate가 될 수도 있음. 후자에 해당하는 반응의 경우 결과적으로 oxaloacetate에 amino group이 하나 더 붙은 aspartate의 생산으로 이어짐. 이렇게 만들어진 aspartate는 mitochondria 밖으로 빠져나감.

 

 

 

한편 ammonia의 경우 carbamoyl phosphate synthetase I에 의해서 carbamoyl phosphate로 변환될 수 있는데, 이 때 HCO3-로부터 유래된 C와 2분자의 ATP로부터 유래된 하나의 phosphate와 amino group이 모여 만들어진 화합물이 바로 carbamoyl phosphate임. 이후 이 녀석 내부에 있는 C, N 부분이 ornithine에 옮겨붙게 되면서 인산기가 빠져나가고 그 결과 citrulline이 만들어지게 됨. 이 때의 효소는 ornithine transcarbamoylase임. 한편 ornithine은 mitochondria 밖에서 유입되어 들어오는 형태이며, 방금 봤던 반응에 의해 생성된 citrulline은 다시 mitochondria 밖으로 이동하게 됨.

 

 

 

앞서의 반응 중에서 특별히 tight한 regulation을 받는 중요한 반응이 바로 carbamoyl phosphate synthetase I이 관여하는 반응임.

 

 

 

 

이 녀석이 촉매하는 반응의 mechanism은 위와 같음. 하나하나 살펴보자.

 

 

우선 bicarbonate의 O-가 ATP의 γ phosphate를 공격하고 그 결과 ADP가 빠져나가며 carbonic-phosphoric acid anhydride가 만들어짐. 한편 amino group이 carboxyl C를 공격하면서 인산기가 빠져나감과 동시에 amino group과 carboxyl group이 direct하게 연결된 carbamate가 만들어지게 됨. 이후 carbamate에 ATP로부터 유래된 인산기가 첨가되면서 carbamoyl phosphate가 형성되게 됨.

 

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.