글리세롤 3-인산 셔틀

3. 반응 기작

글리세롤 3-인산 셔틀은 세포질과 미토콘드리아에서 일어나는 두 가지 효소 반응으로 구성된다. 세포질에서는 NADH가 NAD⁺로 산화되면서 다이하이드록시아세톤 인산이 글리세롤 3-인산으로 환원된다. 글리세롤 3-인산은 미토콘드리아 외막의 포린을 통과하여 미토콘드리아 막 사이 공간으로 들어간다. 미토콘드리아 내막에 있는 효소는 글리세롤 3-인산을 다시 다이하이드록시아세톤 인산으로 산화시키는데, 이때 FAD가 FADH₂로 환원된다. FADH₂는 조효소 Q를 환원시키고, 전자는 전자 전달계로 들어가 산화적 인산화에 사용된다.

글리세롤 3-인산 셔틀은 NAD+/NADH를 조효소로 사용하여 전자를 전달하는 역할을 한다. 해당과정과 같은 세포질의 이화 작용에서 생성된 NADH는 미토콘드리아 내막을 투과할 수 없으므로, 셔틀을 통해 전자를 미토콘드리아로 전달하여 NAD⁺를 재생하고 대사를 지속시킨다.

포유류에서는 주로 말산-아스파르트산 셔틀이 이 기능을 수행하며, 글리세롤 3-인산 셔틀은 특정 세포에서만 주로 작동한다.

3. 1. 세포질 반응

3. 2. 미토콘드리아 반응

4. 기능

글리세롤 3-인산 셔틀은 해당과정에 의해 세포질에서 생성된 NADH를 미토콘드리아의 산화적 인산화 과정으로 전달하여 ATP를 생성하는 데 중요한 역할을 한다.^[24] 이 셔틀은 동물, 균류, 식물에서 발견된다.^[23]

이 셔틀에서, 시토플라스마 글리세롤 3-인산 탈수소 효소 1(GPD1 또는 cGPD)은 NADH를 NAD⁺로 산화시키면서 다이하이드록시아세톤 인산(2)을 글리세롤 3-인산(1)으로 전환시킨다. 글리세롤 3-인산은 미토콘드리아 내막에 결합된 글리세롤 3-인산 탈수소 효소 2(GPD2 또는 mGPD)에 의해 다시 다이하이드록시아세톤 인산으로 전환되는데, 이 과정에서 FAD가 FADH₂로 환원된다. FADH₂는 조효소 Q(유비퀴논을 유비퀴놀로)를 환원시키고, 이 전자는 산화적 인산화에 들어간다.^[12] 이 반응은 비가역적이다.^[13] 이러한 전자는 전자 전달계의 복합체 I을 우회하므로, 글리세롤 3-인산 셔틀은 복합체 I에 의한 NADH 산화에 비해 에너지 효율이 떨어진다.^[14]

포유류에서는 갈색 지방 조직과 췌장 ß-섬에서 높은 GPD1 및 GPD2 활성이 입증되었다.^{[8][9][10][11]}

4. 1. 다른 셔틀 기작과의 비교

5. 생리적 의의

글리세롤 인산 셔틀은 처음에는 검정파리의 비행 근육에서 미토콘드리아 수소화물 수송의 주요 경로로 특징지어졌다.^[5][6] 처음에는 젖산 탈수소효소 활성이 글리세롤-3-인산 탈수소효소 1(GPD1)보다 우세하기 때문에 포유류에서는 이 시스템이 비활성일 것으로 생각되었다.^[5][7] 그러나 포유류의 갈색 지방 조직과 췌장의 ß-섬에서 높은 GPD1 및 GPD2 활성이 입증되었다.^{[8][9][10][11]}

참조

_[1] 간행물 Chapter 9 - Biological Oxidations: Bioenergetics https://www.scienced[...] Academic Press 2023-05-14
_[2] 간행물 CHAPTER 14 - Electron Transport and Oxidative Phosphorylation https://www.scienced[...] Academic Press 2023-05-14
_[3] 웹사이트 GPD1 glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 [Homo sapiens (human)] – Gene – NCBI https://www.ncbi.nlm[...] 2021-05-03
_[4] 웹사이트 GPD2 glycerol-3-phosphate dehydrogenase 2 [Homo sapiens (human)] – Gene – NCBI https://www.ncbi.nlm[...] 2021-05-03
_[5] 논문 alpha-Glycerophosphate oxidase of flight muscle mitochondria 1958-10
_[6] 논문 Pathways of hydrogen transport in the oxidation of extramitochondrial reduced diphosphopyridine nucleotide in flight muscle 1962-10
_[7] 논문 Low levels of soluble DPN-linked alpha glycerophosphate dehydrogenase in tumors 1960-01
_[8] 논문 Unusually high mitochondrial alpha glycerophosphate dehydrogenase activity in rat brown adipose tissue 1969-05
_[9] 논문 Glycerol-3-phosphate shuttle and its function in intermediate metabolism of hamster brown-adipose tissue 1975
_[10] 논문 The role of mRNA levels and cellular localization in controlling sn-glycerol-3-phosphate dehydrogenase expression in tissues of the mouse 1981-04
_[11] 논문 Sequence and tissue-dependent RNA expression of mouse FAD-linked glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1996-12
_[12] 서적 Biochemistry http://bcs.whfreeman[...] W. H. Freeman
_[13] 논문 Involvement of a glycerol-3-phosphate dehydrogenase in modulating the NADH/NAD+ ratio provides evidence of a mitochondrial glycerol-3-phosphate shuttle in Arabidopsis 2006-02
_[14] 논문 The function and the role of the mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydrogenase in mammalian tissues 2013-03-01
_[15] 논문 The function and the role of the mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydrogenase in mammalian tissues
_[16] 논문 Organization and regulation of the cytosolic NADH metabolism in the yeast Saccharomyces cerevisiae
_[17] 논문 Involvement of a glycerol-3-phosphate dehydrogenase in modulating the NADH/NAD⁺ ratio provides evidence of a mitochondrial glycerol-3-phosphate shuttle in Arabidopsis
_[18] 논문 The mitochondrial FAD-dependent glycerol-3-phosphate dehydrogenase of Trypanosomatidae and the glycosomal redox balance of insect stages of Trypanosoma brucei and Leishmania spp.
_[19] 간행물 Glycerophosphatdehydrogenase unter zellphysiologischen Aspekten
_[20] 논문 Über den Glycerin-1-P-Cyclus im Flugmuskel von Locusta migratoria
_[21] 논문 α-Glycerophosphate oxidase of flight muscle mitochondria
_[22] 논문 Gylcerol-3-phosphate shuttle and its function in intermediary metabolism of hamster brown-adipose tissue
_[23] 논문 Involvement of a glycerol-3-phosphate dehydrogenase in modulating the NADH/NAD+ ratio provides evidence of a mitochondrial glycerol-3-phosphate shuttle in Arabidopsis 2006-02
_[24] 서적 Biochemistry http://bcs.whfreeman[...] W. H. Freeman