P형 ATP가수분해효소

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1. 개요
2. 역사
- 2.1. 발견
3. 구조
4. 작동 기작
5. 분류
6. 수평 유전자 이동
7. 인간 유전자
참조

1. 개요

P형 ATP가수분해효소는 ATP에서 에너지를 얻어 기질을 수송하는 막 단백질의 일종이다. 1957년 옌스 크리스티안 스코우에 의해 처음 발견되었으며, 나트륨-칼륨 펌프가 대표적이다. 이 효소는 촉매 서브유닛과 추가 서브유닛으로 구성되며, 세포질 도메인과 막관통 도메인을 포함한다. P형 ATP가수분해효소는 P1부터 P5까지 5개의 하위 계열로 분류되며, 금속 이온, 칼슘 이온, 양성자, 인지질 등 다양한 기질을 수송한다. 유전자 수평 이동이 관찰되며, 인간 유전체에는 다양한 P형 ATP가수분해효소를 암호화하는 유전자들이 존재한다.

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P형 ATP가수분해효소
기본 정보
심볼	E1-E2_ATPase
명칭	P형 ATP가수분해효소
칼슘 ATP가수분해효소, E2-Pi 상태
Pfam (단백질 계열 데이터베이스)	PF00122
InterPro (단백질 도메인 데이터베이스)	IPR008250
SMART (단백질 도메인 데이터베이스)	해당사항 없음
PROSITE (단백질 패턴 데이터베이스)	PDOC00139
SCOP (단백질 구조 분류 데이터베이스)	1su4
TCDB (수송 단백질 데이터베이스)	3.A.3
OPM family (막 단백질 데이터베이스)	22
OPM protein (막 단백질 데이터베이스)	3b9b
PDB (단백질 데이터 뱅크)	해당사항 없음
Membranome superfamily (막 단백질 슈퍼패밀리)	224
참고 문헌

2. 역사

옌스 크리스티안 스코우는 1957년에 P형 ATP가수분해효소 슈퍼패밀리의 첫 번째 구성원인 Na⁺/K⁺-ATP가수분해효소를 분리하였다.^[3]

2. 1. 발견

1957년 노벨상 수상자인 옌스 크리스티안 스코우가 Na⁺/K⁺-ATP가수분해효소를 처음으로 분리하였다.^[3] Na⁺/K⁺-ATP가수분해효소는 P형 ATP가수분해효소 슈퍼패밀리의 첫 번째 구성원이다.

3. 구조

P형 ATP가수분해효소는 일반적으로 70~140 kDa 크기의 단일 촉매 서브유닛을 갖는다.^[4] 촉매 서브유닛은 ATP를 가수분해하고, 아스파르트산 인산화 부위와 수송되는 리간드 결합 부위를 포함하며, 이온 수송을 촉매한다. P형 ATP가수분해효소의 다양한 하위 계열은 적절한 기능을 위해 추가적인 서브유닛이 필요한 경우도 있다. 예를 들어, Na+/K+-ATP가수분해효소의 촉매 알파 서브유닛은 이 펌프의 수송, 접힘 및 조절에 관여하는 두 개의 추가 서브유닛인 베타와 감마로 구성된다.

최초로 결정화된 P형 ATP가수분해효소는 성체 토끼의 속근 섬유에서 유래한 근소포체 Ca²⁺-ATP가수분해효소인 SERCA1a였다.^[4] SERCA1a의 구조는 일반적으로 P형 ATP가수분해효소 슈퍼패밀리를 대표하는 것으로 인정받고 있다.^[5]

3. 1. 세포질 도메인

P형 ATP가수분해효소의 촉매 서브유닛은 세포질 부분과 막관통 부분으로 구성된다. 세포질 부분은 단백질 질량의 절반 이상을 차지하며 P, N, A로 지정된 세 개의 세포질 도메인으로 구성된다.

P 도메인은 반응 주기 동안 인산화되는 정형적인 아스파르트산 잔기(보존된 DKTGT 모티프 내; 'D'는 아미노산 아스파트산의 한 글자 약어)를 포함하고 있다.^[4] 이 도메인은 시퀀스상 멀리 떨어져 있는 두 부분으로 구성된다. 이 두 부분은 8개의 짧은 관련 α-나선과 함께 7개의 가닥으로 이루어진 평행 β-시트를 형성하여 로스만 폴드를 형성한다. P형 ATP가수분해효소의 폴딩 패턴과 인산화에 중요한 아미노산의 위치는 할로산 탈수소효소 (HAD) 슈퍼패밀리의 특징인 할로산 탈수소효소 폴드를 가진다. HAD 슈퍼패밀리는 S_N2 반응 메커니즘을 통해 아스파르트산 에스테르 형성이란 공통 주제로 기능한다. 이 S_N2 반응은 ADP와 AlF₄⁻가 있는 SERCA의 해결된 구조에서 명확히 관찰된다.^[6]

N 도메인은 P 도메인을 인산화하는 기능을 하는 내장형 단백질 키나아제 역할을 한다. N 도메인은 P 도메인의 두 부분 사이에 삽입되어 있으며, 두 개의 나선 다발 사이에 7가닥의 역평행 β-시트로 구성된다. 이 도메인에는 ATP 결합 포켓이 있으며, P 도메인 근처의 용매를 향하고 있다.

A 도메인은 인산화된 P 도메인을 탈인산화하는 기능을 하는 내장형 단백질 포스파타아제 역할을 한다. A 도메인은 3개의 세포질 도메인 중 가장 작다. 왜곡된 젤리롤 구조와 두 개의 짧은 헬릭스로 구성된다. 이는 막횡단 결합 부위에서 수송된 리간드의 폐색을 조절하는 액추에이터 도메인이며, 세포질 도메인에서 ATP 가수분해로 얻은 에너지를 막횡단 도메인에서 양이온의 벡터 수송으로 변환하는 데 중추적인 역할을 한다. A 도메인은 젤리롤의 한쪽 끝에 위치한 고도로 보존된 TGES 모티프를 사용하여 반응 주기의 일부로 P 도메인을 탈인산화한다.

3. 2. 막관통 도메인

막 횡단 부위(M 도메인)는 일반적으로 10개의 막 횡단 나선(M1-M10)을 가지며, 수송되는 리간드 결합 부위는 지질 이중층의 중간 지점 근처에 위치한다.^[4] 대부분의 아과가 10개의 막 횡단 나선을 가지고 있지만, 몇 가지 예외가 있다. P1A ATP가수분해효소는 7개, 대형 중금속 펌프 아과 P1B는 8개의 막 횡단 나선을 가질 것으로 예측된다. P5 ATP가수분해효소는 총 12개의 막 횡단 나선을 가지는 것으로 보인다.^[4]

모든 P형 ATP가수분해효소에 공통적으로 나타나는 특징은 6개의 막 횡단 세그먼트(‘수송(T) 도메인’이라고도 함; SERCA의 경우 M1-M6)의 코어이며, 이는 수송된 리간드 결합 부위를 포함한다. 리간드는 반쪽 채널을 통해 결합 부위에 들어가고, 막의 다른 쪽에서 또 다른 반쪽 채널을 통해 빠져나간다.^[4]

P형 ATP가수분해효소에 따라 추가적인 막 횡단 세그먼트의 수가 다르며(‘지지(S) 도메인’이라고도 함) 아과 간에 2개에서 6개까지 다양하다. 추가적인 막 횡단 세그먼트는 T 도메인에 대한 구조적 지지를 제공할 가능성이 높으며, 특수화된 기능을 가질 수도 있다.^[4]

3. 3. 조절 도메인 (R 도메인)

P형 ATP가수분해효소 계열의 일부 구성원은 펌프에 융합된 추가적인 조절(R) 도메인을 가지고 있다. 중금속 P_1B 펌프는 조절에 관여하는 것으로 밝혀진 여러 개의 N-말단 및 C-말단 중금속 결합 도메인을 가질 수 있다. P_2B Ca²⁺ ATP가수분해효소는 아미노 말단(식물) 또는 카르복시 말단(동물) 부위에 자가 억제 도메인을 가지고 있으며, 여기에는 Ca²⁺가 있을 때 말단 제약을 중화시켜 P_2B ATP가수분해효소를 활성화하는 칼모듈린의 결합 부위가 포함되어 있다. P_3A 세포막 양성자 펌프는 C-말단 조절 도메인을 가지고 있으며, 인산화되지 않으면 펌핑을 억제한다.

4. 작동 기작

P형 ATP가수분해효소는 모두 ATP에서 얻은 에너지를 사용하여 수송을 유도한다. 이들은 반응 주기에서 고에너지 아스파르틸-인산 무수물 중간체를 형성하며, E₁과 E₂로 표시되는 최소 두 가지의 서로 다른 입체형태 사이에서 상호 변환된다.^[7] E₁-E₂ 표기는 "Post-Albers scheme"에서 이 효소군에 대한 초기 연구에서 유래되었으며, 나트륨 형태와 칼륨 형태가 각각 E₁과 E₂로 지칭된다.^[7] E₁-E₂ 체계는 효과가 있는 것으로 입증되었지만, 두 개 이상의 주요 입체 형태가 존재한다.^[7] E₁-E₂ 표기는 효소의 선택성을 강조한다.^[7] E₁에서 펌프는 수출된 기질에 대한 높은 친화력과 수입된 기질에 대한 낮은 친화력을 갖는다. E₂에서는 수출된 기질에 대한 낮은 친화력과 수입된 기질에 대한 높은 친화력을 갖는다.^[7] 반응 주기에는 E₁~P, E₂P, E₂-P*, 및 E₁/E₂로 명명되는 여러 추가적인 반응 중간체가 존재하며, 이 네 가지 주요 효소 상태가 반응 주기의 초석을 형성한다.^[7]

ATP 가수분해는 도메인 N과 P 사이의 경계면에서 세포질 머리 부분에서 발생한다. 두 개의 Mg 이온 부위가 활성 부위의 일부를 형성한다. ATP 가수분해는 A 도메인을 통해 막에서 40Å 이상 떨어진 곳에서 수송된 리간드의 이동과 밀접하게 결합된다.

5. 분류

1998년, 악셀센(Axelsen)과 팔름그렌(Palmgren)은 159개 서열의 계통 발생 분석을 통해 P형 ATP가수분해효소를 5개의 주요 하위 계열(P1~P5)로 분류했다.^[8] 이들은 N말단과 C말단을 제외한 보존된 서열 핵을 기반으로 분류되었으며, 수송하는 이온의 종류에 따라 구분된다. 찬(Chan) 등(2010)의 연구에 따르면, P형 ATP가수분해효소 계열의 다양화는 진정세균, 고세균, 진핵생물의 분리 이전에 발생했으며, 이는 스트레스 조건에서 세포 생존에 대한 이 단백질 계열의 중요성을 강조한다.^[8]^[9]

P1 ATP가수분해효소는 중금속 펌프이고, P2 ATP가수분해효소는 주로 양이온(Ca²⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, Mg²⁺) 및 인지질 수송을 담당하며, P2A, P2B, P2C, P2D의 4가지로 세분화 된다. P3 ATP가수분해효소는 세포막 H+-ATP가수분해효소 등을 포함하며, P4 ATP가수분해효소는 플립아제로 인지질 수송에 관여한다. P5 ATP가수분해효소는 기능이 명확하게 밝혀지지 않은 펌프이다.

5. 1. P1 ATP가수분해효소 (중금속 펌프)

P1 ATP가수분해효소(제1형 ATP가수분해효소)는 전이 금속 또는 중금속 ATP가수분해효소로 구성된다. 원핵생물에서 이러한 중금속 P형 ATP가수분해효소가 약 10배 정도 더 많이 발견된다.^[28]

P1B ATP가수분해효소에 대한 자세한 내용은 P1B ATP가수분해효소 하위 섹션을 참조.

5. 1. 1. P1A ATP가수분해효소 (칼륨 펌프)

P1A ATP가수분해효소(또는 제IA형)는 칼륨 이온(K⁺) 수송에 관여한다. 이들은 비정형 P형 ATP가수분해효소로, 다른 P형 ATP가수분해효소와 달리 KdpFABC라 불리는 이종사합체 복합체의 일부로 작용하며, 여기서 실제 K⁺ 수송은 복합체의 다른 하위 구성 요소에 의해 매개된다.

5. 1. 2. P1B ATP가수분해효소 (중금속 펌프)

P1B ATP가수분해효소(또는 IB형 ATP가수분해효소)는 연성 루이스 산인 Cu⁺, Ag⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Cd²⁺, Pb²⁺ 및 Co²⁺의 수송에 관여한다.^[10] 이들은 다양한 유기체에서 금속 저항성과 금속 항상성을 위한 핵심 요소이다.

Cu⁺-ATP가수분해효소의 막횡단 금속 결합 부위(TM-MBS)에 대한 금속 결합은 효소 인산화 및 후속 수송에 필요하다. 그러나 Cu⁺는 자유(수화) 형태로 Cu⁺-ATP가수분해효소에 접근하지 않고 샤페론 단백질에 결합된다. ''Archaeoglobus fulgidus'' Cu⁺-샤페론 CopZ에 의한 Cu⁺ 전달은 해당 Cu⁺-ATP가수분해효소 CopA로 연구되었다.^[10] CopZ는 CopA의 N-말단 금속 결합 도메인(MBD)과 상호 작용하여 금속을 전달했다. 금속 공여체 역할을 하는 Cu⁺-로딩된 MBD는 MBD가 없는 절단된 CopA 또는 CopA를 활성화할 수 없었다. 반대로, Cu⁺-로딩된 CopZ는 MBD가 Cu⁺에 결합할 수 없도록 렌더링된 CopA ATPase 및 CopA 구조체를 활성화했다. 또한 비전환 조건에서 CopZ는 MBD가 전혀 없는 CopA의 TM-MBS로 Cu⁺를 전달했다. 따라서 MBD는 금속 수송에 직접 참여하지 않고 조절 기능을 수행할 수 있으며, 샤페론은 Cu⁺를 Cu⁺-ATP가수분해효소의 막횡단 수송 부위로 직접 전달한다.^[10]

Wu 등(2008)은 튜브형 결정의 극저온 전자 현미경을 통해 ''Archaeoglobus fulgidus''의 Cu(CopA) 펌프의 두 가지 구조를 결정하여 분자의 전체적인 구조와 도메인 구성을 밝혔다. 그들은 ATP 가수분해를 사용하여 수송 사이클을 구동하는 세포질 도메인 내에 N-말단 MBD를 국소화하고, 기존 결정학적 구조를 CopA에 대한 극저온 전자 현미경 맵에 맞추어 유사 원자 모델을 구축했다. 결과는 또한 MBD에 대한 Cu 의존적 조절 역할을 유사하게 시사했다.^[11] ''Archaeoglobus fulgidus'' CopA에서 나선 6, 7, 8의 불변 잔기는 두 개의 막횡단 금속 결합 부위(TM-MBS)를 형성한다. 이들은 삼각 평면 기하학에서 높은 친화도로 Cu⁺에 결합한다. 세포질 Cu⁺ 샤페론 CopZ는 금속을 TM-MBS로 직접 전달한다. 그러나 두 TM-MBS를 모두 로딩하려면 효소에 뉴클레오티드가 결합해야 한다. P-형 ATP가수분해효소의 고전적인 수송 메커니즘에 따라 세포질 Cu⁺에 의한 두 개의 막횡단 부위 점유는 효소 인산화 및 후속 수송을 주변질 또는 세포외 환경으로 하기 위한 필수 조건이다.

수송 연구에 따르면 대부분의 Cu⁺-ATP가수분해효소는 세포질 Cu⁺ 유출을 유도하지만, 다양한 생리학적 역할에 따라 매우 다른 수송 속도를 보인다. ''Escherichia coli'' CopA와 같은 Cu⁺ 내성을 담당하는 전형적인 Cu⁺ 유출 펌프는 구리 단백질 조립(또는 대체 기능)에 관련된 펌프보다 10배 더 높은 전환율을 갖는다. 이는 후자 그룹이 높은 구리 환경에서 생존하는 데 필요한 금속 유출에 크게 기여할 수 없는 이유를 설명한다. 구리 수송 P-형 ATP가수분해효소 기능의 구조적 및 기계적 세부 사항이 설명되었다.^[12]

5. 2. P2 ATP가수분해효소

P2 ATP가수분해효소는 주로 양이온(Ca²⁺, Na⁺, K⁺, H⁺, Mg²⁺) 및 인지질 수송을 담당하며, 4개의 그룹으로 나뉜다. 진핵생물에서 위상학적으로 제2형 ATP가수분해효소(Na⁺, K⁺, H⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 및 인지질 특이적)가 우세하다.^[28]

P2A ATP가수분해효소: Ca²⁺ ATP가수분해효소이며, 칼슘 이온(Ca²⁺)을 수송한다.
P2B ATP가수분해효소: Ca²⁺를 수송하는 Ca²⁺ ATP가수분해효소이다.
P2C ATP가수분해효소: 동물 세포의 Na⁺/K⁺ ATP가수분해효소와 H⁺/K⁺ ATP가수분해효소가 포함된다.
P2D ATP가수분해효소: 일부 균류와 이끼류에서 발견되는 나트륨 이온(Na⁺) (및 칼륨 이온(K⁺)) 배출 ATP가수분해효소이다.

5. 2. 1. P2A ATP가수분해효소 (칼슘 펌프)

P2A ATP가수분해효소(또는 제IIA형 ATP가수분해효소)는 Ca²⁺ ATP가수분해효소로, 칼슘 이온(Ca²⁺)을 수송한다.^[13] P2A ATP가수분해효소는 크게 두 그룹으로 나뉜다.

근소포체 Ca2+-ATP가수분해효소(SERCA): 근소포체(세포 내 소기관) 또는 소포체에 위치하며, 두 개의 Ca²⁺ 이온 결합 부위를 가진다. 포스포람반이나 사르콜리핀과 같은 단일 막 관통 세그먼트를 가진 억제성 부속 단백질에 의해 조절되기도 한다.^[13] SERCA1a는 대표적인 제IIA형 펌프이다.
분비 경로 Ca2+-ATP가수분해효소(SPCA): 분비 소포(동물) 또는 액포막(균류)에 위치하며, 단일 Ca²⁺ 이온 결합 부위를 가진다.^[13]

SERCA1a는 세포질 부분과 막횡단 부분으로 구성된다. 세포질 부분은 단백질 질량의 절반 이상을 차지하며 P, N, A의 세 도메인으로 나뉜다. 막횡단 부분은 10개의 막횡단 나선 (M1-M10)을 가지며, 두 개의 Ca²⁺ 결합 부위는 세포막 중간 지점 근처에 위치한다. 이 결합 부위는 M4, M5, M6, M8의 측쇄 및 주쇄 카르보닐로 형성된다. 특히 M4는 보존된 프롤린(P308) 때문에 풀려 있는데, 이는 P형 ATP가수분해효소의 주요 구조적 특징이다.^[13]

Ca²⁺ ATP가수분해효소의 E₁ 및 E₂ 상태 구조를 통해 Ca²⁺ 결합이 세 개의 세포질 도메인에서 큰 변화를 유도한다는 것이 밝혀졌다.^[14]

SERCA1a의 경우, ATP 에너지는 2개의 Ca²⁺ 이온을 세포질에서 근소포체 내강으로 수송하고, 1~3개의 양성자를 세포질로 역수송하는 데 사용된다. 반응 주기는 다음과 같다.

1. 효소가 양이온 결합 잔기에서 세포질 Ca²⁺ 이온과 교환하여 1~3개의 양성자를 방출한다.

2. ATP 결합 N 도메인과 P 도메인 사이의 인산화 부위가 조립되고, A 도메인은 결합된 Ca²⁺의 폐쇄를 유도한다. (Ca²⁺ 이온은 막 양쪽에 접근 불가)

3. Ca₂E₁~P 상태는 키나아제 반응을 통해 형성되며, P 도메인이 인산화되어 ADP를 생성한다.

4. β-포스포디에스테르 결합이 절단되어 ADP에서 감마-인산이 방출되고 P 도메인에서 N 도메인이 분리된다.

5. A 도메인이 인산화 부위를 향해 회전하여 P 및 N 도메인과 강하게 연관된다.

6. 이 움직임은 M3-M4에 압력을 가하고 M1-M2를 당겨 펌프가 내강 쪽에서 열리도록 하여 E₂P 상태를 형성한다.

7. 막횡단 Ca²⁺ 결합 잔기가 분리되어 고친화성 결합 부위가 파괴된다. (1차 수송 에너지가 기질 결합이 아닌, 반대 이온으로부터의 방출에 사용)

8. N 도메인은 세포질에 노출되어 뉴클레오티드 결합 부위에서 ATP 교환을 준비한다.

9. Ca²⁺가 내강 쪽으로 해리되면 양이온 결합 부위는 양성자 결합으로 중화되어 막횡단 세그먼트 폐쇄를 유도한다.

10. 이 폐쇄는 A 도메인의 하향 회전 및 P 도메인의 움직임과 결합하여 E₂-P* 폐쇄 상태를 만든다.

11. N 도메인은 ADP를 ATP로 교환한다.

12. P 도메인은 A 도메인에 의해 탈인산화되고, 주기는 새로 결합된 ATP에 의해 자극되어 인산이 효소로부터 방출되고 세포질 경로는 두 개의 새로운 Ca²⁺ 이온과 교환하기 위해 양성자를 교환하기 위해 열릴 때 완료된다.^[7]

Ca²⁺ 결합이 막 도메인(M)의 TMS 4 및 5에서 형태 변화를 유도하고, 이는 인산화 도메인(P)의 회전을 유도한다는 연구 결과가 있다.^[14] 뉴클레오티드 결합(N) 및 β-시트(β) 도메인은 이동성이 높으며, N은 P에, β는 M에 유연하게 연결된다. 곰팡이 H⁺ ATP가수분해효소 모델링에서는 ATP를 인산화 부위에 전달하기 위해 P에 상대적인 N의 70º 회전이 제안되었다.^[15]

근소포체(SR) Ca²⁺ ATP가수분해효소는 동종이량체라는 보고도 있다.^[16]

Ca²⁺-ATP가수분해효소의 보존된 TGES 루프는 Ca₂''E''₁ 상태에서는 고립되어 있지만, ''E''₂ 상태에서는 촉매 부위에 삽입된다는 것이 결정 구조를 통해 밝혀졌다.^[17] TGES 루프 잔기에 변형을 가한 돌연변이 연구 결과, ''E''₂P → ''E''₂ 탈인산화에 관여하는 물 분자를 활성화하는 Glu¹⁸³의 역할이 확인되었고, TGES 루프 잔기의 직접적인 참여가 루프를 촉매 부위에 삽입하는 것을 조절하고 촉진한다는 기능적 증거가 제시되었다. 또한 TGES 루프의 상호 작용은 ''E''₂ → Ca₂''E''₁ 전환 동안 촉매 부위로부터의 분리를 용이하게 하는 것으로 보인다.^[17]

5. 2. 2. P2B ATP가수분해효소 (칼슘 펌프)

P2B(또는 IIB형 ATP가수분해효소)는 Ca²⁺를 수송하는 Ca²⁺ ATP가수분해효소이다. 이러한 펌프는 단일 Ca²⁺ 이온 결합 부위를 가지며, 펌프 단백질의 카르복시 말단(동물) 또는 아미노 말단(식물)에 위치한 자체 억제 내장 도메인에 칼모듈린이 결합하여 조절된다. 세포 내에서 이들은 세포막(동물 및 식물)과 내부 막(식물)에 위치한다. 동물의 세포막 Ca²⁺-ATP가수분해효소(PMCA)는 P2B ATP가수분해효소이다.

5. 2. 3. P2C ATP가수분해효소 (나트륨/칼륨 및 양성자/칼륨 펌프)

P2C ATP가수분해효소(또는 IIC형)에는 동물 세포의 나트륨-칼륨 펌프와 수소-칼륨 ATP가수분해효소가 포함된다.^[3]

가장 먼저 발견된 P형 ATP가수분해효소는 1957년 노벨상 수상자인 옌스 크리스티안 스코우가 분리한 나트륨-칼륨 펌프이다.^[3]

돼지 신장의 나트륨-칼륨 펌프의 3.5 Å 분해능의 X선 결정 구조가 α-소단위체의 막횡단 부분에서 가려진 상태로 두 개의 루비듐 이온과 결합된 상태로 결정되었다.^[19] 나트륨-칼륨 펌프에서 루비듐/칼륨 가림을 형성하는 여러 잔기는 근소포체(사르코(내)형질세망)의 Ca²⁺-ATP가수분해효소에서 칼슘을 결합하는 잔기와 상동성을 갖는다. α-소단위체의 C-말단은 막횡단 나선 사이의 주머니 안에 포함되어 있으며, 아마도 막전위에 의해 영향을 받는 나트륨 친화성을 제어하는 새로운 조절 요소로 보인다.

5. 2. 4. P2D ATP가수분해효소 (나트륨 펌프)

P2D ATP가수분해효소(IID형)는 일부 균류와 이끼류에서 발견되는 나트륨 이온(Na⁺) (및 칼륨 이온(K⁺)) 배출 ATP가수분해효소이다.

5. 3. P3 ATP가수분해효소

P3 ATP가수분해효소(또는 III형 ATP가수분해효소)는 두 그룹으로 나뉜다.

P3A ATP가수분해효소는 세포막 H+-ATP가수분해효소를 포함하며, P3B ATP가수분해효소는 세균과 식물에서 발견되는 마그네슘 이온(Mg²⁺) 펌프로 추정된다.

5. 3. 1. P3A ATP가수분해효소 (양성자 펌프)

P3A ATP가수분해효소(또는 IIIA형)는 원핵생물, 원생생물, 식물 및 곰팡이의 세포막 H+-ATP가수분해효소를 포함한다.^[21]

세포막 H+-ATP가수분해효소는 식물과 효모에서 가장 잘 특징지어진다. 이는 세포 내 pH와 막전위를 유지하는 데 중요한 역할을 한다.^[21] 10개의 막횡단 나선과 3개의 세포질 도메인은 세포막을 가로지르는 ATP 결합 양성자 수송의 기능적 단위를 정의하며, 이 구조는 이전에 P형 ATP가수분해효소에서 관찰되지 않았던 기능적 상태로 고정된다. 막횡단 도메인은 큰 공동을 보여주며, 이는 물로 채워질 가능성이 높고, 막 평면의 중간 근처에 위치하며 보존된 친수성 및 하전된 잔기로 둘러싸여 있다. 높은 막전위에 반하는 양성자 수송은 이러한 구조적 배열에 의해 쉽게 설명된다.^[22]

5. 3. 2. P3B ATP가수분해효소 (마그네슘 펌프)

P3B ATP가수분해효소(또는 IIIB형)는 세균과 식물에서 발견되는 마그네슘 이온(Mg²⁺) 펌프로 추정된다.

5. 4. P4 ATP가수분해효소 (인지질 플립파제)

P4 ATP가수분해효소(제4형 ATP가수분해효소)는 플립아제로, 포스파티딜세린, 포스파티딜콜린, 포스파티딜에탄올아민과 같은 인지질 수송에 관여한다.^[23]

5. 5. P5 ATP가수분해효소

P5 ATP가수분해효소(또는 제5형 ATP가수분해효소)는 진핵생물에서만 발견되며, 기능이 아직 명확하게 밝혀지지 않은 펌프이다.

5. 5. 1. P5A ATP가수분해효소

P5A ATP가수분해효소(또는 VA형)는 소포체의 항상성 조절에 관여한다.^[25]

5. 5. 2. P5B ATP가수분해효소

P5B ATP가수분해효소(또는 VB형)는 동물의 리소좀 막에서 발견된다. 이 펌프의 돌연변이는 다양한 신경 질환과 관련이 있다.^[26]^[27]

6. 수평 유전자 이동

수평 유전자 이동은 효소의 분포가 유사한 세균과 고세균 사이에서 자주 발생하지만, 대부분의 진핵생물 계에서는 드물게 발생하며, 심지어 진핵생물과 원핵생물 사이에서는 더욱 드물게 발생한다.^[9] 일부 세균 문(예: 박테로이데테스문 및 푸소박테리아문)에서는 다른 대부분의 세균 문과는 대조적으로 ATP가수분해효소 유전자의 획득 및 소실, 수평 이동이 거의 발생하지 않았다.^[9] 일부 계열(예: Kdp형 ATP가수분해효소)은 다른 원핵생물 계열보다 수평 유전자 이동이 훨씬 적게 일어났는데, 이는 다중 서브유닛 특성 때문일 수 있다.^[9]

7. 인간 유전자

인간 유전체에는 다양한 P형 ATP가수분해효소를 암호화하는 유전자들이 존재한다.

종류	유전자
P1B (Cu⁺⁺ ATP가수분해효소)	ATP7A, ATP7B
P2A (SERCA Ca²⁺ ATP가수분해효소)	ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3
P2A (분비 경로 Ca²⁺-ATP가수분해효소)	ATP2C1, ATP2C2
P2B (Ca²⁺ ATP가수분해효소)	ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4
P2C (Na⁺/K⁺ ATP가수분해효소)	ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4
P2C (H⁺/K⁺ ATP가수분해효소, 위)	ATP4A
P2C (H⁺/K⁺ ATP가수분해효소, 비위)	ATP12A
P4 (플리파아제)	ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4, ATP9A, ATP9B, ATP10A, ATP10B, ATP10D, ATP11A, ATP11B, ATP11C
P5	ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5

참조

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