개입단계
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1. 개요
개입 단계는 대사 경로에서 필요한 화합물을 적절한 양으로 생성하기 위해 엄격하게 조절되는 첫 번째 단계이다. 이 단계는 피드백 억제 및 활성화를 통해 조절되며, 반응 중간체의 축적을 방지하여 세포에 해로운 상황을 막는다. 인산과당 키나아제 1, LpxC, 8-아미노-7-옥소노나노산 합성효소, MurA, 아스파르트산 트랜스카바모일라제, 3-데옥시-D-아라비노스-헵툴로손산 7-인산 합성효소, 시트르산 합성효소, 아세틸-CoA 카복실화 효소, 포도당-6-인산 탈수소효소 등 다양한 효소들이 해당 과정, 지질 A 생합성, 비오틴 생합성, 펩티도글리칸 생합성, 피리미딘 생합성, 방향족 아미노산 합성, 구연산 회로, 지방산 생합성, 오탄당 인산 경로 등 다양한 대사 경로의 개입 단계를 촉매한다. 개입 단계의 분기점은 브랜치 파이프 라인을 결정하며, 수정 과정과 같이 일련의 단계를 포함하는 다른 프로세스에도 적용될 수 있다.
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| 개입단계 | |
|---|---|
| 개입 단계 | |
| 정의 | 생화학 경로의 분기점에서 일어나는 비가역적 반응 단계 |
| 특징 | 조절을 받음 대사 플럭스의 방향을 결정 일반적으로 ATP의 가수분해와 같은 에너지적으로 유리한 반응과 결합 |
| 중요성 | 대사 경로가 적절하게 진행되도록 보장 |
| 예시 | 글리코겐 합성에서 UDP-글루코스의 생성 콜레스테롤 생합성에서 메발론산의 형성 |
| 조절 메커니즘 | 피드백 저해: 경로의 최종 산물이 초기 효소를 억제 알로스테리 조절: 조절 분자가 효소에 결합하여 활성을 변경 공유 수정: 효소에 화학 그룹을 추가하거나 제거하여 활성을 변경 |
2. 대사 경로의 조절
대사 경로는 필요한 화합물을 적절한 양만큼 생성하기 위해 엄격하게 조절될 필요가 있다. 일반적으로 첫 번째 개입 단계는 피드백 억제나 활성화와 같은 과정을 통해 조절된다. 이러한 조절은 경로의 중간체가 불필요하게 쌓이는 것을 막아주는데, 중간체가 과도하게 쌓이면 세포에 낭비가 되거나 해로울 수 있기 때문이다.
3. 대사 경로의 첫 번째 개입 단계를 촉매하는 효소의 예시
생명체 내의 여러 대사 경로에서는 특정 효소가 첫 번째 비가역적 단계를 촉매함으로써 전체 경로의 흐름을 효과적으로 조절한다. 이러한 단계를 개입 단계(committed step)라고 부르며, 이 단계는 대사 경로가 특정 방향으로 나아가도록 결정하는 중요한 분기점 역할을 한다.
다양한 대사 경로에서 이러한 개입 단계를 촉매하는 특정 효소들이 존재하며, 각각의 효소는 해당 경로의 시작점에서 중요한 조절 기능을 수행한다. 구체적인 예시는 아래 하위 섹션들에서 자세히 설명하고 있다.
3. 1. 해당과정
3. 2. 지질 A 생합성
LpxC는 지질 A 생합성의 첫 번째 단계를 촉매한다.[6]
3. 3. 비오틴 생합성 (식물)
8-아미노-7-옥소노나노산 합성효소는 식물 비오틴 생합성의 첫 번째 단계를 촉매한다.[7]
3. 4. 펩티도글리칸 생합성
MurA는 펩티도글리칸 생합성의 첫 번째 단계를 촉매한다.[8]
3. 5. 피리미딘 생합성 (대장균)
아스파르트산 트랜스카바모일라제는 대장균(''E. coli'')에서 피리미딘 생합성 경로의 결정 단계를 촉매한다.[2]
3. 6. 방향족 아미노산 합성 (식물, 박테리아, 곰팡이 등)
3-데옥시-D-아라비노스-헵툴로손산 7-인산 합성효소는 식물, 박테리아, 곰팡이 및 일부 하등 진핵생물에서 방향족 아미노산인 티로신, 트립토판, 페닐알라닌의 합성을 담당하는 시키메이트 경로의 첫 번째 단계의 반응을 촉매한다.
3. 7. 구연산 회로
시트르산 합성효소는 아세틸-CoA를 옥살아세트산에 첨가하는 반응을 촉매하며, 이는 구연산 회로의 첫 번째 단계의 반응이다.[9]
3. 8. 지방산 생합성
아세틸-CoA 카복실화 효소는 지방산 생합성의 첫 번째 단계에서 아세틸-CoA를 말로닐-CoA로 비가역적으로 카복실화하는 반응을 촉매한다.
3. 9. 오탄당 인산 경로
포도당-6-인산 탈수소효소는 G6P(포도당-6-인산)를 6-포스포글루코노락톤으로 전환하는 반응을 촉매한다. 이 반응은 오탄당 인산 경로의 첫 번째 단계이자 중요한 조절 지점인 개입 단계이며, 이 과정에서 NADPH가 생성된다.
4. 브랜치 파이프 라인
개입단계의 분기점은 브랜치 파이프 라인을 결정한다.
5. 기타 용도
이 용어는 일련의 단계를 포함하는 다른 프로세스에도 적용되어 왔다. 예를 들어, 난자와 정자의 결합은 다세포 동물의 수정에서 첫 번째 확정 단계로 간주될 수 있다.[10]
참조
[1]
서적
Medical biochemistry
https://archive.org/[...]
Harcourt/Academic Press
[2]
서적
Biochemistry
https://archive.org/[...]
W. H. Freeman and Company
[3]
간행물
Control and regulation of pathways via negative feedback
2017-02
[4]
간행물
Quantitative assessment of regulation in metabolic systems
1991-08
[5]
웹사이트
Phosphofructokinase Regulation
http://www.wiley.com[...]
Wiley Essential Biochemistry
2010-02-17
[6]
간행물
Lipopolysaccharide endotoxins
[7]
간행물
Biotin synthesis in plants. The first committed step of the pathway is catalyzed by a cytosolic 7-keto-8-aminopelargonic acid synthase
http://www.plantphys[...]
[8]
간행물
MurA (MurZ), the enzyme that catalyzes the first committed step in peptidoglycan biosynthesis, is essential in Escherichia coli
1995-07
[9]
서적
Biochemistry & molecular biology of plants
https://www.worldcat[...]
American Society of Plant Physiologists
2000
[10]
간행물
Murine and human zona pellucida 3 derived from mouse eggs express identical O-glycans
2003-12
[11]
서적
Medical biochemistry
https://archive.org/[...]
Harcourt/Academic Press
[12]
서적
Biochemistry
https://archive.org/[...]
W. H. Freeman and Company
[13]
서적
Medical biochemistry
https://archive.org/[...]
Harcourt/Academic Press
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