당뉴클레오타이드
1. 개요
당뉴클레오타이드는 올리고당 합성 과정에 관여하는 글리코실트랜스퍼레이스에 의해 당 부분을 다른 분자로 전달하는 역할을 한다. 글리코실기가 공여체로 작용하기 위해서는 높은 에너지 상태가 필요하며, 이는 뉴클레오사이드 삼인산과 글리코실 일인산 사이의 반응을 통해 생성된다. 사람에게는 9가지 종류의 당뉴클레오타이드가 존재하며, 뉴클레오사이드의 종류에 따라 분류된다. 당뉴클레오타이드 대사에 관여하는 효소의 결함은 다양한 선천성 질환을 유발할 수 있으며, 비천연 당뉴클레오타이드 라이브러리 생성은 신약 개발에 활용될 수 있다.
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| 설명 | 뉴클레오타이드에 결합된 단당류 |
|---|---|
| 역할 | 당단백질 생성의 전구체 당지질 생성의 전구체 다당류 생합성의 전구체 |
| UDP-글루코스 (UDP-Glc) | 글리코겐 합성의 전구체 |
|---|---|
| UDP-갈락토스 (UDP-Gal) | 락토스 합성의 전구체 |
| UDP-글루쿠론산 (UDP-GlcA) | 글리코사미노글리칸 합성의 전구체 빌리루빈의 용해도 증가 약물의 용해도 증가 |
| UDP-N-아세틸글루코사민 (UDP-GlcNAc) | 글리코사미노글리칸 합성의 전구체 세균 세포벽 합성의 전구체 |
| UDP-N-아세틸갈락토사민 (UDP-GalNAc) | 글리코사미노글리칸 합성의 전구체 |
| GDP-만노스 (GDP-Man) | 진핵생물에서 특정 당단백질의 만노실화의 전구체 |
| GDP-푸코스 (GDP-Fuc) | 특정 당단백질의 푸코실화의 전구체 |
| CMP-시알산 (CMP-Sia) | 당단백질 및 당지질의 시알릴화의 전구체 |
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탄수화물 -
단당류
단당류는 (CH₂O)ₓ 화학식을 가지는 더 이상 가수분해되지 않는 가장 기본적인 형태의 탄수화물로, 탄소 원자 수에 따라 분류되고 알데히드기 또는 케톤기를 가지며, 수용액 상태에서 고리형 구조를 형성하는 경향이 있고, 포도당, 리보스, 데옥시리보스 등이 대표적인 예이다. -
탄수화물 -
소당류
소당류는 2~10개의 단당류로 구성된 탄수화물로, 당단백질 및 당지질 형성에 중요하며 세포 인식, 혈액형 결정, 세포 부착 등의 생리적 기능과 모유 올리고당과 같은 기능성 물질로 활용된다. -
탄수화물 화학 -
당단백질
당단백질은 탄수화물이 단백질에 공유결합된 복합체로, 다양한 형태로 존재하며 세포의 생물학적 과정에서 구조 유지, 물질 수송, 면역 반응, 세포 부착 및 인식 등 다양한 기능을 수행하는 생체 분자이다. -
탄수화물 화학 -
당화
당화는 아밀라아제 효소나 산을 이용하여 다당류인 전분을 단당류 또는 이당류로 분해하는 과정으로, 전통적인 방법으로는 누룩이나 맥아를 사용하여 일본주, 소주, 맥주, 위스키, 엿, 감주 등 다양한 식품 및 주류 제조에 활용된다. -
물질대사 -
아라키드산
아라키드산은 탄소 20개로 이루어진 포화 지방산으로, 땅콩 기름과 같은 식물성 기름에 많이 함유되어 있으며, 인체 내에서 세포막 구성, 신호 전달 물질의 전구체, 에이코사노이드 합성에 관여하고, 제약 산업에서 프로스타글란딘의 전구체로 사용되는 경제적 가치가 높은 물질이다. -
물질대사 -
카프릴산
카프릴산은 8개의 탄소로 이루어진 포화 지방산으로, 식품, 향료, 소독제 등 다양한 산업에 사용되며, 식욕 촉진, 항균 작용, 간질 치료 등 의학적 용도로도 연구된다.
2. 역사
올리고당의 동화 작용(따라서 당뉴클레오타이드의 역할)은 1950년대 루이스 페데리코 를루아르와 그 동료들이 이 과정에 관여하는 주요 효소가 글리코실트랜스퍼레이스라는 것을 발견하면서 명확하게 밝혀졌다. 글리코실트랜스퍼레이스는 당뉴클레오타이드로부터 수용체로 글리코실기를 전달한다.
3. 생물학적 중요성과 에너지학
글리코실기 공여체가 역할을 하려면 이러한 단당류가 높은 에너지 상태로 존재해야 한다. 이것은 뉴클레오사이드 삼인산(NTP)과 글리코실 일인산(아노머 탄소에 인산기가 결합된 형태) 사이의 반응 결과로 생성된다. 최근 많은 글리코실트랜스퍼레이스 촉매 반응이 가역적이라는 사실이 밝혀지면서, 당뉴클레오타이드를 '활성화된' 공여체로만 간주하는 것에 대한 의문이 제기되고 있다.
4. 종류
사람에게는 글리코실기 공여체로 역할을 하는 9가지 종류의 당뉴클레오타이드가 존재하며, 이들은 형성하는 뉴클레오사이드의 종류에 따라 분류할 수 있다.
* 유리딘 이인산: UDP-α-D-Glc, UDP-α-D-Gal, UDP-α-D-GlcNAc, UDP-α-D-GalNAc, UDP-α-D-GlcA, UDP-α-D-Xyl
* 구아노신 이인산: GDP-α-D-Man, GDP-β-L-Fuc
* 사이티딘 일인산: CMP-β-D-Neu5Ac는 뉴클레오사이드 일인산 형태의 유일한 당뉴클레오타이드이다.
* 사이티딘 이인산: CDP-D-리비톨
다른 생명체에서는 더 다양한 종류의 당뉴클레오타이드가 존재하며, 일반적인 5가지 뉴클레오사이드(아데노신, 구아노신, 사이티딘, 티미딘, 유리딘) 모두가 당뉴클레오타이드의 염기로 사용될 수 있다. 예를 들어 CDP-포도당 및 dTDP-포도당은 다른 다양한 형태의 CDP-당 및 dTDP-당 공여체 뉴클레오타이드를 생성할 수 있다.
6. 질병과의 관계
당뉴클레오타이드 대사에 관여하는 효소에 결함이 생기면 다양한 선천성 질환이 유발될 수 있다. 관련 질병은 다음과 같다.
* 포함체 근육염(inclusion body myopathy): UDP-GlcNAc 에피머레이스의 기능에 이상이 생겨 발병하는 선천성 질환이다.
* 반점각막이상증(macular corneal dystrophy): GlcNAc-6-설포트랜스퍼레이스의 기능에 이상이 생겨 발병하는 선천성 질환이다.
* α-1,3-만노실 트랜스퍼레이스의 선천적 이상: 긴장 저하, 정신 운동 지체, 간섬유증 및 다양한 수유 문제와 같은 다양한 임상 증상을 유발한다.