[생화학] 17.2 : 아미노산의 catabolism - 6

 

 

이번 포스트에서는 각 amino acid들이 변환되는 과정들에 대해 살펴보자.

 

 

우선 ketogenic amino acid들의 degradation에 대해서부터 먼저 살펴보자.

 

 

 

 

위 그림에는 Isoleucine, Tryptophan, Lysine, Phenylalanine, Tyrosine, Leucine과 같은 ketogenic amino acid들이 어떤 과정을 거쳐 acetyl-CoA로 변환되는지의 과정이 나타나 있음.

 

 

보면 우선 Tryptophan의 경우 파란색으로 표시된 3개의 탄소와 N 부분이 떨어져 alanine이 될 수 있음. alanine은 앞서 봤던 것처럼 amino group을 주며 pyruvate로 바뀔 수 있음. 한편 tryptophan중 나머지 부분에서 2개의 CO2가 더 떨어져나간 결과 α-ketoadipate가 형성되게 됨. 그리고 Lysine의 경우에도 몇 개의 단계를 거쳐 α-ketoadipate로 바뀔 수 있음. 이후 이 녀석은 다양한 반응을 거쳐 acetoacetyl-CoA가 되고, 최종적으로는 acetyl-CoA가 될 수 있음.

 

한편 Isoleucine의 경우 파란색으로 표시된 탄소 중 1개는 CO2로 빠져나가고 나머지 3개는 propionyl-CoA로 빠져나가면서 남은 부분이 acetyl-CoA가 될 수 있음. 한편 이렇게 형성된 propionyl-CoA는 앞서 fatty acid oxidation 때 봤던 것처런 3가지 step을 거쳐 succinyl-CoA로 바뀔 수 있음.

 

다음으로 Phenylalanine의 경우 OH가 붙어 Tyrosine으로 바뀔 수 있고, Tyrosine 중 파란색 탄소 부분은 furamate로, 나머지는 acetoacetate로 바뀔 수 있음. 이후 acetoacetate에 CoA가 첨가될 시 acetoacetyl-CoA가 형성되어 결국 acetyl-CoA로 변환되게 됨. 마지막으로 Leucine의 경우에도 모종의 step을 거쳐 acetoacetate로 변할 수 있고, 결국 acetyl-CoA로 변환되는 것이 가능함.

 

 

 

 

한편, Tryptophan이 oxidation되는 과정에서, 위 그림에 나타나 있는 것처럼 다양한 물질이 생성될 수 있음. 우선 Nicotinate(niacin)이 형성될 수 있는데, 이 녀석은 NAD, NADP의 precursor로 작용할 수 있음. 그리고 Serotonin이 형성될 수 있는데, 이 녀석은 NT의 일종으로 기능하게 됨. 그 밖에 Indolacetate도 형성될 수 있는데, 이 녀석은 plant growth factor로 기능하게 됨.

 

 

 

 

 

다음으로 위 그림에는 Phe, Tyr과 관련해 앞서 살펴봤었던 oxidation 과정이 반응 효소와 함께 표현되어 있음. 이 때 이 pathway는 dopamine, epinephrine, norepinephrine 등의 물질 형성과도 밀접하게 관련되어 있으므로 매우 중요함. 한편 각 반응에 관여하는 효소에 이상이 생길 시 위 그림상에서 노란색으로 나타나 있는 유전병이 발생할 수 있음.

 

 

이중 특별히 PKU에 대해 알아보자. PKU는 Phe가 Tyr로 변화하는 과정에 문제가 생겨 발생할 수 있음. 원래 Phe가 Tyr로 변할 때 관여하는 효소는 phenylalanine hydroxylase이며, 이 때 O2, NADH가 들어가고 tetrahydrobiopterin이라는 녀석이 cofactor로 작용함.

 

 

 

 

실제로는 위 그림과 같음. 보면 tetrahydrobiopterin이라는 녀석에서 수소가 2개 떨어져나가면서 O2가 H2O로 바뀌게 되고, 그 과정에서 O 한개가 Phe로 이동해 Tyrosine이 형성되게 됨. 한편 H를 두 개 잃은 tetrahydrobiopterin은 다시 dihydrobiopterin reductase에 의해 regeneration되는데, 이 과정에서 NADH 한 분자가 소모됨. 이 때 phenylalanine hydroxylase, 혹은 dihydrobiopterin reductase 중 하나에 문제가 생길 시 PKU가 발생할 수 있음.

 

 

 

 

한편 Phe는 위와 같은 다른 pathway를 통해 다른 물질로 바뀔 수도 있음. 보면 Phe에서 pyruvate로 amino group이 전달되어서 alanine이 빠져나가고 Phenylpyruvate가 형성될 수 있음. (이 떄 관여하는 효소는 aminotransferase임) 이후 Phenylpyruvate는 decarboxylation되어서 Phenylacetate가 될 수도 있고 reduction되어서 Phenyllactate가 될 수도 있음. 그런데 PKU가 발생할 시 앞서 봤던 것처럼 Phe가 Tyr로 변하지 못하므로 결국 Phe의 누적이 일어나게 됨. 그럴 시 위 과정에 의해 Phenylpyruvate도 많이 만들어지게 됨. 결국 PKU 환자의 소변에서는 Phenylpyruvate가 많이 검출되게 됨. (사실 이 떄문에 phenylketonuria라는 병명이 붙은 것임)

 

 

PKU는 100,000명의 아기 중 8-10명 꼴로 나타나며 neurological development가 제대로 이루어지지 않아 intellectual deficit이 일어나는 경우가 대부분임. PKU 환자의 경우 평생 Phe의 intake를 최소한으로 조절하면서 살아가야 함.

 

 

 

 

안타깝게도 zero Coca-cola에는 단맛을 내는 Aspartame이 함유되어 있는데, 이 Aspartame은 aspartic acid, methanol, Phenylalanine이 합쳐져서 생긴 물질임. 따라서 PKU가 있는 환자의 경우 제로 콜라의 섭취를 되도록이면 하지 않는 것이 좋음.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.