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조효소 F420

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1. 개요

조효소 F420은 다양한 생물체에서 발견되는 조효소로, 산화 환원 반응에 참여하여 중요한 역할을 수행한다. F420은 여러 단계의 대사 경로를 통해 합성되며, 7,8-디데메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 합성효소, 2-인산-L-젖산 전이효소, 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소, 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소 등의 효소에 의해 순차적으로 생성된다. 조효소 F420은 조효소 F420 수소화효소, 5,10-메틸렌테트라하이드로메탄opterin 환원효소, 메틸렌테트라하이드로메탄opterin 탈수소효소의 기질로 작용하며, 메테인 생성, 항생제 생합성, DNA 복구, 항결핵 약물 활성화 등 다양한 생화학 반응에 관여한다. 특히, 다제내성 결핵 치료에 사용되는 델라마니드와 프레토마니드는 F420 의존적인 효소에 의해 활성화되며, F420 생합성 경로의 돌연변이는 이러한 약물에 대한 내성을 유발할 수 있다.

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조효소 F420 - [화학 물질]에 관한 문서
개요
조효소 F420의 구조
IUPAC 이름(2S)-2-
CAS 등록번호64885-97-8
PubChem123996
화학식C29H36N5O18P
분자량773.592601 g/mol
SMILESCC(C(=O)NC(CCC(=O)NC(CCC(=O)O)C(=O)O)C(=O)O)OP(=O)(O)OCC(C(C(CN1C2=CC(=O)C=CC2=CC3=C1NC(=O)NC3=O)O)O)O
특성
위험성
명칭
역할 및 분포
역할산화 환원 반응에서의 전자 운반체
분포고세균
방선균
결핵균
토양 세균
관련 물질
관련 화합물조효소 F430
발견 및 연구
발견고세균에서 발견
특징8-하이드록시-5-데아자플라빈 포함
기능
효소F420 의존성 메틸렌테트라하이드로메타노프테린 탈수소 효소 (Mtd)
5,10-메틸렌테트라하이드로메타노프테린 탈수소 효소
5,10-메틸렌테트라하이드로메타노프테린 환원 효소
추가 정보
특징빛을 모으는 안테나 색소단백질로 작용 가능

2. 생합성

조효소 F420은 여러 단계를 거쳐 합성된다. 먼저 7,8-디데메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 합성효소(''FbiC'')가 DNA 광분해효소(안테나)의 보조 인자인 조효소 FO (F0로도 표기)를 만든다. 이것은 분자의 머리 부분이다.[4] 2-인산-L-젖산 전이효소(''FbiA'')는 머리, 이인산 다리, 카르복실산 그룹으로 끝나는 부분을 포함하는 조효소 F420-0을 생성한다. 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소(''FbiB''의 일부)는 -COOH 말단에 글루탐산 잔기를 붙여 조효소 F420-1을 만든다. 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소(''FbiB''의 다른 부분)는 -COOH 말단에 감마-글루탐산 잔기를 붙여 최종 화합물(산화 형태)인 조효소 F420-2를 생성하며, 추가 단위를 붙이기도 한다.

산화된 F420은 포도당-6-인산 탈수소효소 (조효소-F420)(''Fgd1'')와 같은 여러 효소에 의해 환원된 F420-H2로 변환될 수 있다.[5]

2. 1. 조효소 FO 합성

조효소 F420은 여러 단계의 대사 경로를 통해 합성된다.

  • 7,8-다이디메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 생성효소는 DNA 광분해효소 N-말단 도메인의 보조 인자인 조효소 FO (F0라고도 표기함)를 생성한다. 이것은 분자의 머리 부분이다.[22]
  • 2-포스포-L-젖산 전이효소는 조효소 F420-0을 생성하는데, 이 부분은 머리, 다이포스페이트 브릿지를 포함하며, 카복실기로 끝나는 부분이다.
  • 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소는 카복실기 말단에 글루탐산 잔기를 배치하여 조효소 F420-1을 생성한다.
  • 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소는 카복실기 말단에 감마-글루탐산 잔기를 배치하여 최종 화합물인 조효소 F420-2 (산화된 형태)를 생성한다.


조효소 F420의 합성 경로는 다음과 같다.

  • 7,8-디데메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 합성효소(''FbiC'')는 조효소 FO (F0로도 표기)를 생성하며, 이는 DNA 광분해효소(안테나)의 보조 인자이다.[4]
  • 2-인산-L-젖산 전이효소(''FbiA'')는 머리, 이인산 다리, 카르복실산 그룹으로 끝나는 부분을 포함하는 조효소 F420-0을 생성한다.
  • 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소(''FbiB''의 일부)는 -COOH 말단에 글루탐산 잔기를 위치시켜 조효소 F420-1을 생성한다.
  • 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소(''FbiB''의 다른 부분)는 -COOH 말단에 감마-글루탐산 잔기를 위치시켜 최종 화합물(산화 형태)인 조효소 F420-2를 생성한다. 또한 추가 단위를 첨가하는 역할도 한다.

2. 2. 조효소 F420-0 합성

조효소 F420은 여러 단계의 대사 경로를 통해 합성된다.

  • 7,8-다이디메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 생성효소는 DNA 광분해효소 N-말단 도메인의 보조 인자인 조효소 FO (F0라고도 표기함)를 생성한다. 이것은 분자의 머리 부분이다.[22] [4]
  • 2-포스포-L-젖산 전이효소는 조효소 F420-0을 생성하는데, 이 부분은 머리, 다이포스페이트 브릿지를 포함하며, 카복실기로 끝나는 부분이다.
  • 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소는 카복실기 말단에 글루탐산 잔기를 배치하여 조효소 F420-1을 생성한다.
  • 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소는 카복실기 말단에 감마-글루탐산 잔기를 배치하여 최종 화합물인 조효소 F420-2 (산화된 형태)를 생성한다.


위의 내용은 다음의 단계를 거친다.

  • 7,8-디데메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 합성효소(''FbiC'')는 DNA 광분해효소(안테나)의 보조 인자인 조효소 FO (F0로도 표기)를 생성한다.
  • 2-인산-L-젖산 전이효소(''FbiA'')는 머리, 이인산 다리, 카르복실산 그룹으로 끝나는 부분을 포함하는 조효소 F420-0을 생성한다.
  • 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소(''FbiB''의 일부)는 -COOH 말단에 글루탐산 잔기를 위치시켜 조효소 F420-1을 생성한다.
  • 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소(''FbiB''의 다른 부분)는 -COOH 말단에 감마-글루탐산 잔기를 위치시켜 최종 화합물(산화 형태)인 조효소 F420-2를 생성한다. 또한 추가 단위를 첨가하는 역할도 한다.

2. 3. 조효소 F420-1 및 F420-2 합성

조효소 F420은 여러 단계의 대사 경로를 통해 합성된다.

  • 7,8-다이디메틸-8-하이드록시-5-데자리보플라빈 생성효소는 DNA 광분해효소 N-말단 도메인의 보조 인자인 조효소 FO (F0라고도 표기함)를 생성한다. 이것은 분자의 머리 부분이다.[22]
  • 2-포스포-L-젖산 전이효소는 조효소 F420-0을 생성하는데, 이 부분은 머리, 다이포스페이트 브릿지를 포함하며, 카복실기로 끝나는 부분이다.
  • 조효소 F420-0:L-글루탐산 연결효소는 카복실기 말단에 글루탐산 잔기를 배치하여 조효소 F420-1을 생성한다.
  • 조효소 F420-1:감마-L-글루탐산 연결효소는 카복실기 말단에 감마-글루탐산 잔기를 배치하여 최종 화합물인 조효소 F420-2 (산화된 형태)를 생성한다.

2. 4. 환원형 조효소 F420 (F420-H2) 생성

포도당-6-인산 탈수소효소(조효소-F420)(Fgd1)와 같은 여러 효소에 의해 산화된 F420으로부터 조효소 F420-H2(환원형 조효소 F420)가 생성될 수 있다.[5]

3. 기능

조효소 F420은 조효소 F420 수소화효소, 5,10-메틸렌테트라하이드로메탄opterin 환원효소, 메틸렌테트라하이드로메탄opterin 탈수소효소의 기질이다.[6][7][8]

F420은 다양한 효소에서 기질 산화(탈수소화) 또는 기질 환원에 사용되며, 고세균과 세균을 포함한 다양한 생물에서 메테인 생성, 항생제 생합성, DNA 복구 및 항결핵 약물 활성화 등 산화 환원 반응에서 중요한 역할을 한다. F420의 수소화물 전달 능력은 특정 생화학 경로에 최적화된 낮은 산화 환원 전위 덕분이다.[5][9][10][11]

3. 1. 주요 기능

조효소 F420은 조효소 F420 수소화효소의 기질이며,[6] 5,10-메틸렌테트라하이드로메탄opterin 환원효소와 메틸렌테트라하이드로메탄opterin 탈수소효소의 기질이다.[7][8]

다양한 다른 효소들은 F420을 사용하여 기질을 산화(탈수소화)시키거나 F420-H2를 사용하여 기질을 환원시킨다.[5]

F420은 고세균과 세균을 포함한 다양한 생물에서 메탄 생성, 항생제 생합성, DNA 복구 및 항결핵 약물 활성화에 참여하여 산화 환원 반응에서 중요한 역할을 한다. 수소화물 전달 반응을 수행하는 능력은 특정 생화학 경로에 최적화된 낮은 산화 환원 전위로 인해 가능하다.[9][10][11]

3. 2. F420 의존성 효소 반응

조효소 F420은 조효소 F420 수소화효소,[6] 5,10-메틸렌테트라하이드로메탄opterin 환원효소, 메틸렌테트라하이드로메탄opterin 탈수소효소의 기질이다.[7][8]

다양한 효소들이 F420을 사용하여 기질을 산화(탈수소화)시키거나 F420-H2를 사용하여 기질을 환원시킨다.[5]

F420은 고세균과 세균을 포함한 다양한 생물에서 메테인 생성, 항생제 생합성, DNA 복구 및 항결핵 약물 활성화에 참여하여 산화 환원 반응에서 중요한 역할을 한다. 수소화물 전달 반응을 수행하는 능력은 특정 생화학 경로에 최적화된 낮은 산화 환원 전위 때문에 가능하다.[9][10][11]

3. 3. 생물학적 역할

조효소는 조효소 F420 수소화효소의 기질이며,[6] 5,10-메틸렌테트라하이드로메탄opterin 환원효소와 메틸렌테트라하이드로메탄opterin 탈수소효소의 기질이다.[7][8]

다양한 다른 효소들은 F420을 사용하여 기질을 산화(탈수소화)시키거나 F420-H2를 사용하여 기질을 환원시킨다.[5]

F420은 고세균과 세균을 포함한 다양한 생물에서 메탄 생성, 항생제 생합성, DNA 복구 및 항결핵 약물 활성화에 참여하여 산화 환원 반응에서 중요한 역할을 한다. 수소화물 전달 반응을 수행하는 능력은 특정 생화학 경로에 최적화된 낮은 산화 환원 전위로 인해 가능하다.[9][10][11]

4. 임상적 의의

델라마니드는 다른 항결핵제와 함께 다제내성 결핵(MDRTB) 치료에 사용되는 약물이다. 미코박테리아 내에서 데아자플라빈 의존성 니트로환원효소(Ddn)에 의해 활성화되는데, 이 효소는 디하이드로-F420(환원 형태)을 사용한다. 활성화된 약물 형태는 반응성이 높아 세포벽 합성 효소(예: DprE2)를 공격한다. 프레토마니드도 같은 방식으로 작용한다. 이 두 약물에 내성을 보이는 임상 분리 균주는 F420 생합성 경로에 돌연변이를 보이는 경향이 있다.[12]

참조

[1] 논문 Redox-driven proton translocation in methanogenic Archaea 2002-09
[2] 논문 Unexpected abundance of coenzyme F(420)-dependent enzymes in Mycobacterium tuberculosis and other actinobacteria 2010-11
[3] 논문 The methanogenic redox cofactor F(420) is widely synthesized by aerobic soil bacteria. 2017-01
[4] 논문 The archaeal cofactor F0 is a light-harvesting antenna chromophore in eukaryotes 2009-07
[5] 논문 Cofactor F420: an expanded view of its distribution, biosynthesis and roles in bacteria and archaea 2021-09-08
[6] 논문 8-Hydroxy-5-deazaflavin-reducing hydrogenase from Methanobacterium thermoautotrophicum: 1. Purification and characterization 1987-07
[7] 논문 Coenzyme F420-dependent methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase (Mtd) from Methanopyrus kandleri: a methanogenic enzyme with an unusual quarternary structure 2003-10
[8] 논문 Purification and properties of 5,10-methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase and 5,10-methylenetetrahydromethanopterin reductase, two coenzyme F420-dependent enzymes, from Methanosarcina barkeri 1991-09
[9] 논문 Coenzyme F 420 -Dependent Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase-Coupled Polyglutamylation of Coenzyme F 420 in Mycobacteria 2018-12
[10] 논문 Molecular Insights into the Biosynthesis of the F420 Coenzyme 2008-04
[11] 논문 Cofactor F420: an expanded view of its distribution, biosynthesis and roles in bacteria and archaea 2021-09-08
[12] 논문 DprE2 is a molecular target of the anti-tubercular nitroimidazole compounds pretomanid and delamanid 2023-06-28
[13] 논문 Redox-driven proton translocation in methanogenic Archaea 2002
[14] 논문 8-Hydroxy-5-deazaflavin-reducing hydrogenase from Methanobacterium thermoautotrophicum: 1. Purification and characterization 1987
[15] 논문 Coenzyme F420-dependent methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase (Mtd) from Methanopyrus kandleri: a methanogenic enzyme with an unusual quarternary structure 2003
[16] 논문 Purification and properties of 5,10-methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase and 5,10-methylenetetrahydromethanopterin reductase, two coenzyme F420-dependent enzymes, from Methanosarcina barkeri 1991
[17] 논문 Redox-driven proton translocation in methanogenic Archaea https://archive.org/[...] 2002-09
[18] 논문 8-Hydroxy-5-deazaflavin-reducing hydrogenase from Methanobacterium thermoautotrophicum: 1. Purification and characterization 1987-07
[19] 논문 Coenzyme F420-dependent methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase (Mtd) from Methanopyrus kandleri: a methanogenic enzyme with an unusual quarternary structure 2003-10
[20] 논문 Purification and properties of 5,10-methylenetetrahydromethanopterin dehydrogenase and 5,10-methylenetetrahydromethanopterin reductase, two coenzyme F420-dependent enzymes, from Methanosarcina barkeri 1991-09
[21] 논문 Unexpected abundance of coenzyme F(420)-dependent enzymes in Mycobacterium tuberculosis and other actinobacteria https://archive.org/[...] 2010-11
[22] 논문 The archaeal cofactor F0 is a light-harvesting antenna chromophore in eukaryotes 2009-07



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