[생화학] 17.2 : 아미노산의 catabolism - 4

 

 

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앞서 봤던 반응에 이어서 cytosol에서는 위 그림 아래와 같이 Urea cycle이 돌아가게 됨. 이 때 ornithine이 citrulline으로 바뀌는 반응만 mitochondria matrix에서 일어나고 나머지 urea cycle 반응은 다 cytosol에서 일어남.

 

 

 

우선 mitochondria 내에서 만들어진 cirulline은 cytosol로 나오게 됨. 이후 citrulline에 ATP 중 AMP 뼈대가 첨가되는 반응이 일어나는데, 조금 더 구체적으로 설명하자면 bicarbonate로부터 유래된 노란색 탄소 부분에 AMP가 첨가되게 됨. 이 반응을 촉매하는 효소는 argininosuccinate synthetase이며 그 결과 citrullyl-AMP intermediate가 형성됨.

 

한편 앞서 mitochondria 내에서 oxaloacetate가 amino group을 받아 만들어졌던 aspartate가 cytosol로 나오게 되는데, 이 녀석이 citrullyl-AMP intermediate에 첨가될 수 있음. 구체적으로는 초록색 amino group 부분이 bicarbonate로부터 유래된 노란 탄소와 결합하게 됨. (그러면서 원래 여기 붙어있던 AMP는 떨어져나가게 됨) 이 반응을 촉매하는 효소는 argininosuccinate synthetase이며 반응의 결과 AMP가 떨어져나오고 argininosuccinate가 형성됨.

 

그 다음에 argininosuccinase에 의해 이 녀석은 붉은 색으로 표시된 탄소 4개짜리 fumarate와 arginine으로 떨어지게 됨. (이 때 생성된 fumarate는 citric acid cycle로 들어가게 될 것임) 그 다음에 arginine에 물이 첨가되면서 carbonate로부터 유래한 C, citrulline으로부터 유래한 N, aspartate로부터 유래한 N이 모두 포함된 urea가 빠져나가며 ornithine이 다시금 형성되게 됨. (이 반응에서의 효소는 arginase임) 이렇게 만들어진 ornithine은 다시금 mitochondria 내부로 들어가 Urea cycle이 계속 순환되게 됨.

 

 

이런 cycle의 과정을 보면 알 수 있듯, 여러 곳에서부터 공급된 amino group들이 cycle이 진행됨에 따라 옹기종기 모이게 되고, 결국 urea의 형태로 떨어져나가게 되는 것임.

 

 

+) 참고로 애초에 arginine이 input으로 들어온 경우 urea cycle의 중간으로 바로 편입되어 들어갈 수 있을 것임.

 

 

 

 

위 그림에는 citrulline이 citrullyl-AMP로 변하고, 이후 Argininosuccinate가 만들어지는 과정의 반응 mechanism이 나타나 있음. 보면 우선 citrulline의 C가 ATP의 α phosphate를 공격한 결과 Citrullyl-AMP가 형성됨. 이 때 AMP는 상당히 좋은 leaving group으로 작용하므로 결국 aspartate에 의해 C가 공격을 받아 AMP는 떨어져나가고 argininosuccinate가 형성되게 됨.

 

 

 

 

다음으로 위 그림에는 urea cycle과 citric acid cycle이 어떻게 연결되는지에 대해 나타나 있음.

 

 

우선 citric acid cycle 중 oxaloacetate는 앞서 설명한 바와 같이 glutamate로부터 amino gorup을 받아서 aspartate가 되는 것이 가능함. 이 aspartate는 mitochondria를 떠나 cytosol로 갈 수 있으며, 이후 이 녀석이 citrulline과 합쳐져 argininosuccinate가 만들어질 수 있음. 이처럼 citric acid cycle과 urea cycle이 join되는 shunt를 aspartate-argininosuccinate shunt라고 부름. 한편 argininosuccinate로부터 cleavage되어나온 fumarate는 cytosol 내에서 malate로 바뀔 수 있음. 이 malate는 다시 mitochondria 내로 들어와 citric acid cycle로 enter하게 됨.

 

 

그 밖에 malate-aspartate shuttle도 있음. 이 경우 앞서의 과정에서 만들어져 cytosol로 나온 aspartate가 α-ketoglutarate에 다시 amino group을 주면서 oxaloacetate로 바뀌게 됨. (그 과정에서 glutamate가 생성될 것임) 이후 oxaloacetate는 citric acid cycle에서 일어나는 반응의 역반응에 의해 malate로 바뀌게 되는데, 이 과정에서 NADH가 NAD+로 산화됨. 이후 malate는 다시 mitochondria 내로 들어와 citric acid cycle로 enter하게 됨. malate-aspartate shuttle을 보면, 결과적으로 cytosol에 있는 NADH 한 분자만큼을 mitochondria 내로 가지고 오는 듯한 결과를 야기한다는 것을 알 수 있음.

 

 

 

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