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감마-카복시글루탐산

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목차

1. 개요

γ-카복시글루탐산은 글루탐산의 유도체로, 혈액 응고에 중요한 역할을 하는 단백질에 존재한다. 생합성은 비타민 K를 필요로 하는 카복실화효소에 의해 촉매되며, 글루탐산의 γ-탄소에 카복실기가 첨가되는 과정을 거친다. γ-카복시글루탐산은 GLA 도메인에 다량 존재하며, 응고 인자, 비타민 K 의존성 단백질 등에 칼슘 이온과 결합하여 단백질의 구조 형성 및 기능 수행에 기여한다. 이러한 γ-카복시글루탐산의 결핍은 혈액 응고 장애를 유발하여 출혈 경향이나 혈전증을 일으킬 수 있으며, 혈액 내 칼슘 이온 제거를 통해 혈액 응고를 방지하는 데 활용되기도 한다.

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감마-카복시글루탐산 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
감마-카복시글루탐산 구조
IUPAC 이름3-아미노프로페인-1,1,3-트리카복실산
다른 이름카복시글루탐산
식별자
ChemSpider ID37241
InChI1/C6H9NO6/c7-3(6(12)13)1-2(4(8)9)5(10)11/h2-3H,1,7H2,(H,8,9)(H,10,11)(H,12,13)
InChIKeyUHBYWPGGCSDKFX-UHFFFAOYAH
CAS 등록번호53861-57-7
UNII16FQV4RZKL
PubChem40772
SMILESO=C(O)C(C(=O)O)CC(N)C(=O)O
속성
화학식C6H9NO6
몰 질량191.14 g/mol
외관알 수 없음
밀도1.649 g/mL
녹는점알 수 없음
끓는점418 °C
용해도알 수 없음
위험성
주 위험알 수 없음
인화점알 수 없음
자동 발화점알 수 없음

2. 합성

γ-카복시글루탐산은 생체 내에서 글루탐산 잔기의 카복실화 반응을 통해 생합성된다.[12][2][7] 이 과정은 글루탐산의 γ-탄소에 카복실기가 첨가되는 반응으로, 비타민 K를 보조 인자로 사용하는 카복실화효소(카복실라아제)에 의해 촉매된다.[12][2][7]

2. 1. 반응 메커니즘

γ-카복시글루탐산의 생합성 과정은 글루탐산의 γ-위치에 있는 양성자가 제거되고, 그 자리에 이산화 탄소(CO2)에서 유래한 카복실기가 첨가되는 방식으로 일어난다. 이 반응의 반응 중간생성물은 γ-글루타밀 카바니온이다.[12][2][7]

이 반응은 보조 인자로 비타민 K를 필요로 하는 카복실화효소(카복실라아제)에 의해 촉매된다. 비타민 K가 반응에 정확히 어떻게 관여하는지는 아직 완전히 밝혀지지 않았지만, 다음과 같은 가설이 유력하다. 먼저 카복실화효소의 활성 부위에 있는 시스테인 잔기가 비타민 K를 매우 반응성이 높은 강염기 형태로 활성화시킨다. 이 활성화된 비타민 K는 글루탐산의 γ-탄소에 결합된 수소를 제거하는 역할을 한다. 수소가 제거된 자리에 이산화 탄소(CO2)가 첨가되어 최종적으로 γ-카복시글루탐산이 생성된다.[12][2][7] γ-카복시글루탐산 생합성 반응 메커니즘 그림

3. γ-카복시글루탐산 풍부(GLA) 도메인

γ-카복시글루탐산 풍부(GLA, γ-carboxy'''gl'''utamic '''a'''cid-rich) 도메인은 다수의 감마-카복시글루탐산 잔기를 포함하는 특정 아미노산 서열이다.[13][3][8] 이 도메인은 칼슘 이온(Ca2+)과 높은 친화력으로 결합한다.[13][3][8] 칼슘 이온과의 결합은 해당 단백질이 특정 입체구조를 형성하고 유지하는 데 종종 필요하며, 단백질이 제 기능을 수행하는 데 있어서는 항상 필수적이다.[13][3] GLA 도메인은 혈액 응고 인자, 비타민 K 의존성 단백질을 포함한 여러 단백질에서 발견된다.[13][3][8]

3. 1. GLA 도메인을 포함하는 단백질

γ-카복시글루탐산 잔기가 여러 개 모여 있는 부분을 γ-카복시글루탐산 풍부(GLA, γ-carboxy'''gl'''utamic '''a'''cid-rich) 도메인이라고 부른다.[13][3][8] 이 GLA 도메인은 10개 이상의 단백질에서 발견되며, 대표적인 예는 다음과 같다.[3][8]

  • 응고인자: VII, IX, X, XIV[3] (제14인자는 단백질 C를 지칭하는 오래된 명칭일 수 있음)
  • 비타민 K 의존성 단백질: 단백질 S, 단백질 Z, 단백질 C[13][3][8]
  • 기타 단백질: 프로트롬빈, 트랜스티레틴, 오스테오칼신, 기질 Gla 단백질(MGP), 인터-알파 트립신 억제제 중쇄 H2(ITIH2), 생장 정지 특이적 단백질 6(GAS6)[13][3][8]


GLA 도메인은 칼슘 이온(Ca2+)과 높은 친화력으로 결합하는 역할을 한다. 이 결합은 해당 단백질이 특정 입체구조를 형성하고 제 기능을 수행하는 데 필수적이다.[13][3][8]

4. 응고에서의 역할

γ-카복시글루탐산(Gla) 잔기는 혈액응고 과정에서 매우 중요한 역할을 수행한다. 대표적으로 응고인자 IX와 같은 특정 응고 단백질의 Gla 도메인은 칼슘 이온과 결합하는 능력을 가지고 있다. 이 결합은 활성화된 응고인자 IXa가 혈소판 표면에 부착되고, 이어 응고인자 X를 활성화시키는 데 필수적이다.[14][4][9]

혈관벽이 손상되어 조직 인자가 노출되면, 일련의 효소 반응이 시작된다. 이때 Gla 잔기는 혈액 속에 순환하는 응고 관련 효소나 그 효소 전구체(지모겐)들이 손상 부위의 세포막 표면에 효과적으로 결합하고 활성화되도록 돕는다. 구체적으로 Gla 잔기는 단백질이 칼슘 이온과 결합하여 세포막의 인지질 이중층에 잘 부착될 수 있는 구조를 갖추도록 하는 데 필요하다.[15][5][10]

4. 1. GLA 잔기 결핍의 영향

γ-카복시글루탐산(GLA) 잔기는 응고 과정에서 중요한 역할을 수행한다. 예를 들어, 응고 시스템의 세린 프로테아제인 응고 인자 IX의 GLA 도메인은 칼슘 이온과 결합하여, 활성화된 형태인 응고 인자 IXa가 혈소판에 결합하고 응고 인자 X를 활성화하는 것을 돕는다.[14][4][9] 또한 혈관벽이 손상되어 조직 인자가 노출되면, GLA 잔기는 혈액 속의 응고 효소와 효소 전구체들이 손상 부위의 세포막 표면에 결합하고 활성화되는 데 필수적이다. 구체적으로 GLA 잔기는 칼슘 이온과 결합하여 단백질 구조를 변화시키고, 이를 통해 세포막에 결합할 수 있게 한다.[15][5][10]

만약 이러한 GLA 잔기가 부족하면, 정상적인 응고 과정에 문제가 생겨 응고 장애 또는 항응고 상태가 발생할 수 있다. 이는 결과적으로 비정상적인 출혈 경향(출혈성 소인)을 보이거나, 반대로 혈관 내에서 피가 굳는 혈전증을 유발할 위험을 높인다.[15][5][10]

GLA 잔기의 기능은 칼슘 이온에 크게 의존하기 때문에, 시트르산과 같은 유기 킬레이트제를 사용하여 혈액 내 칼슘 이온을 제거하면 GLA 잔기를 가진 단백질들이 제 기능을 하지 못하게 되어 혈액 응고가 방지된다. 이러한 원리는 헌혈 받은 혈액을 수혈 전까지 액체 상태로 보관하는 데 널리 이용된다.[15][5][10]

4. 2. 시트르산과 혈액 응고

감마-카복시글루탐산(Gla) 잔기는 혈액응고 과정에서 중요한 역할을 수행한다. 예를 들어, 응고인자 IX와 같은 세린 프로테아제의 Gla 도메인에 있는 칼슘 결합 부위는 응고인자 IXa가 혈소판에 결합하고 응고인자 X를 활성화하는 데 부분적으로 기여한다.[14][4][9]

혈관벽이 손상되면 세포의 조직 인자가 노출되는데, 이때 Gla 잔기는 혈액 속 응고 효소나 효소 전구체가 손상 부위의 세포막 표면에 결합하여 활성화되는 과정을 조절한다. 구체적으로 Gla 잔기는 칼슘 이온과 결합하고, 단백질의 소수성 막 결합 부위를 세포막에 노출시키는 데 필수적이다. 만약 Gla 잔기가 부족하면, 혈액 응고 기능에 문제가 생겨 출혈 경향이나 혈전증과 같은 질환으로 이어질 수 있다.[15][5][10]

시트르산(citrate) 이온과 같은 유기 킬레이트제는 응고 인자 단백질에서 칼슘 이온을 제거하는 역할을 한다. 칼슘 이온이 제거된 단백질은 제 기능을 하지 못하게 되어 결과적으로 혈액 응고가 방지된다. 이러한 원리를 이용하여, 헌혈 등으로 채취한 혈액을 수혈 전까지 액체 상태로 보관하는 가장 일반적인 방법으로 혈액에 시트르산을 첨가한다.[15][5][10]

참조

[1] 학술지 Vitamin K–dependent formation of γ-carboxyglutamic acid
[2] 학술지 Vitamin K–dependent biosynthesis of γ-carboxyglutamic acid http://www.bloodjour[...] 1999-03-15
[3] 웹사이트 Gamma-carboxyglutamic acid-rich (GLA) domain (IPR000294) < InterPro < EMBL-EBI https://www.ebi.ac.u[...] 2015-12-22
[4] 학술지 Role of γ-carboxyglutamic acid residues in the binding of factor IXa to platelets and in factor-X activation http://www.bloodjour[...] 1992-01-15
[5] 학술지 Regulation and regulatory role of γ-carboxyglutamic acid containing clotting factors 1996-01-01
[6] 학술지 Vitamin K-Dependent Formation of γ-Carboxyglutamic Acid
[7] 학술지 Vitamin K-Dependent Biosynthesis of γ-Carboxyglutamic Acid http://www.bloodjour[...] 1999-03-15
[8] 웹사이트 Gamma-carboxyglutamic acid-rich (GLA) domain (IPR000294) < InterPro < EMBL-EBI https://www.ebi.ac.u[...] 2015-12-22
[9] 학술지 Role of gamma-carboxyglutamic acid residues in the binding of factor IXa to platelets and in factor-X activation http://www.bloodjour[...] 1992-01-15
[10] 학술지 Regulation and regulatory role of gamma-carboxyglutamic acid containing clotting factors
[11] 학술지 Vitamin K–dependent formation of γ-carboxyglutamic acid
[12] 학술지 Vitamin K–dependent biosynthesis of γ-carboxyglutamic acid http://www.bloodjour[...] 1999-03-15
[13] 웹인용 Gamma-carboxyglutamic acid-rich (GLA) domain (IPR000294) < InterPro < EMBL-EBI https://www.ebi.ac.u[...] 2015-12-22
[14] 학술지 Role of γ-carboxyglutamic acid residues in the binding of factor IXa to platelets and in factor-X activation http://www.bloodjour[...] 1992-01-15
[15] 학술지 Regulation and regulatory role of γ-carboxyglutamic acid containing clotting factors 1996-01-01


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