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방향족 아미노산

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1. 개요

방향족 아미노산은 벤젠 고리를 포함하는 아미노산으로, 페닐알라닌, 트립토판, 히스티딘, 티로신, 티록신 등이 있다. 이들은 자외선을 흡수하여 형광을 나타내 정량 분석에 활용되며, 단백질의 구조 안정화에도 기여한다. 또한, 페닐알라닌은 티로신, 도파민 등의 전구체이며, 트립토판은 세로토닌, 멜라토닌 등의 전구체로 작용한다. 동물은 음식물을 통해 섭취해야 하며, 페닐알라닌, 트립토판, 히스티딘은 필수 아미노산으로 분류된다. 방향족 아미노산과 분지쇄 아미노산은 혈액뇌관문을 통과하는 데 동일한 수송체를 사용하며, 불균형은 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다.

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방향족 아미노산
개요
종류아미노산
화학식C₈H₉NO₂ (페닐알라닌), C₉H₁₁NO₃ (티로신), C₁₁H₁₂N₂O₂ (트립토판)
분자량165.19 g/mol (페닐알라닌), 181.19 g/mol (티로신), 204.23 g/mol (트립토판)
상세 정보
정의곁사슬에 방향족 고리를 가진 아미노산
종류페닐알라닌
티로신
트립토판
기타 아미노산일부 경우 셀레노시스테인과 피롤리신도 포함될 수 있음
특징자외선(UV)을 흡수함
생화학적 역할
단백질 구성단백질을 구성하는 필수적인 구성 요소
전구체신경전달물질 (예: 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 세로토닌)
호르몬 (예: 티록신)
멜라닌
영양학적 중요성
필수 아미노산페닐알라닌과 트립토판은 인간에게 필수 아미노산임
조건부 필수 아미노산티로신은 페닐알라닌으로부터 합성될 수 있으므로 조건부 필수 아미노산임
임상적 중요성
페닐케톤뇨증 (PKU)페닐알라닌 대사 장애로 인해 발생
기타 관련 질환특정 신경정신 질환과 관련될 수 있음
추가 정보
흡수 파장280 nm (단백질 정량에 사용)
발견19세기 말에 발견됨

2. 화학 구조 및 특성

티로신화학 반응에서 친핵체로 작용할 수 있다.[14] 또한, 방향족 아미노산은 글리칸-단백질 상호작용에서 중요한 역할을 한다.

히스티딘

2. 1. 광학적 특성

방향족 아미노산은 250 nm 이상의 파장에서 자외선을 흡수하여 형광을 생성한다. 이러한 특성은 정량 분석, 특히 용액에서 이들 아미노산농도를 결정하는 데 사용된다.[11] 이는 자외선 가시광선 분광법 및 비어-람베르트 법칙을 이용하여 구할 수 있다.[12]

대부분의 단백질1차 구조에 방향족 아미노산이 존재하기 때문에 약 280 nm에서 최대 흡광도를 갖는다. 그러나 여러 종류의 방향족 아미노산이 존재하기 때문에 이러한 방법은 정확도가 낮다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 단백질 시료가 순수하게 정제되어야 하며 몰 흡수율을 알고 있어야 한다. 방향족 아미노산을 가지고 있지 않은 단백질은 약 280 nm에서 최대 흡광도를 가지지 않는다. 단백질에 핵산이 존재하는 경우 약 260 nm에서 최대 흡광도를 가지는 퓨린피리미딘 고리의 존재로 인해 방법의 정확도를 더욱 떨어뜨릴 수 있다.

페닐알라닌은 다른 표준 방향족 아미노산에 비해 상대적으로 낮은 흡광도를 가지고 있다. 단백질에서 페닐알라닌의 존재는 트립토판티로신이 존재하지 않는 경우에만 검출될 수 있다.[13] 페닐알라닌의 최대 흡수는 257 nm에서 일어난다.[13] 결과적으로 형광이 비교적 약하다. 트립토판은 다른 표준 방향족 아미노산에 비해 상대적으로 가장 높은 흡광도를 가지고 있다. 트립토판의 최대 흡수는 280 nm에서 일어난다.[13] 트립토판의 곁사슬은 적정하지 않는다. 티로신의 최대 흡수는 274 nm에서 일어난다.[13]

2. 2. 단백질 구조 및 기능에서의 역할

방향족 아미노산은 많은 단백질의 접힌 구조를 안정화시킨다.[4][5] 방향족 잔기는 주로 구상 단백질의 코어 내부에 격리되어 있지만, 단백질 표면의 단백질-단백질 상호작용 또는 단백질-리간드 상호작용 인터페이스의 핵심 부분을 구성하는 경우가 많다.

3. 생화학

방향족 아미노산은 체내에서 다양한 생리 활성 물질의 전구체로 사용된다. 페닐알라닌티로신의 전구체이며, 티로신은 다시 L-도파, 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 티록신의 전구체이다.[17] 트립토판세로토닌, 트립타민, 옥신, 키뉴레닌, 멜라토닌 등의 전구체이다.[17][6] 히스티딘히스타민의 전구체이다.

페닐알라닌


트립토판


티로신


티록신


방향족 아미노산과 분지쇄 아미노산은 혈액뇌관문을 통과할 때 같은 수송 담체를 사용한다. 혈중 분지쇄 아미노산/방향족 아미노산 비율(피셔 비)의 불균형은 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다.

3. 1. 생합성 경로

식물미생물시킴산 경로를 통해 방향족 아미노산을 합성한다. 동물은 시킴산 경로가 없어 방향족 아미노산을 음식물을 통해 섭취해야 한다. 제초제의 일종인 글리포세이트는 시킴산 경로를 억제하여 식물에 독성을 나타낸다.[15]

3. 1. 1. 시킴산 경로

식물에서 시킴산 경로는 페닐알라닌, 티로신, 트립토판의 전구물질인 코리슴산을 먼저 형성한다.[15] 이러한 방향족 아미노산은 살리실산, 옥신과 같은 호르몬을 포함한 많은 2차 대사산물의 유도체로 식물의 생리학적 기능에 필수적이다. 시킴산 경로는 저해제에 의해 조절될 수 있는 효소를 포함하고 있는데, 이는 코리슴산의 생성을 중단시켜 생물체의 생물학적 기능을 멈추게 할 수 있다. 제초제항생제는 방향족 아미노산의 생합성에 관여하는 이러한 효소들을 저해하여 식물에게 독성을 나타낸다.[15] 글리포세이트는 과도한 녹색 식물 축적을 조절하는 데 사용되는 제초제의 일종이다. 글리포세이트는 5-엔올피루빌시킴산-3-인산 생성효소를 특이적으로 저해하여 필수 방향족 아미노산의 생합성을 방해함으로써 숙주 생물의 장내 미생물총 유지에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 효소 저해는 위장 질환 및 대사 질환과 같은 이상을 초래한다.[16]

시킴산 경로의 모식도 및 전구물질로 역할을 하는 아미노산들의 예

3. 1. 2. 방향족 아미노산의 예



3. 2. 전구체로서의 방향족 아미노산

페닐알라닌티로신의 전구체이며, 티로신은 다시 L-도파, 도파민, 노르에피네프린, 에피네프린, 티록신의 전구체이다.[17] 티로신은 또한 수많은 생물에서 옥토파민과 멜라닌 합성을 위한 전구물질이다.[17]

트립토판세로토닌, 트립타민, 옥신, 키뉴레닌, 멜라토닌 등의 전구체이다.[17][6]

히스티딘히스타민의 전구체이다.

3. 3. 영양적 요구

동물은 음식물을 통해 방향족 아미노산을 얻지만, 모든 식물미생물대사적으로 비용이 많이 드는 시킴산 경로를 통해 방향족 아미노산을 합성해야 한다. 페닐알라닌, 트립토판, 히스티딘동물필수 아미노산이므로 인체 내에서 합성되지 않아 음식물을 통해 섭취해야 한다. 티로신은 반필수 아미노산으로, 동물에 의해 합성될 수 있지만 페닐알라닌으로부터만 합성될 수 있다. 페닐알라닌 하이드록실화효소가 결핍된 유전 질환페닐케톤뇨증은 페닐알라닌을 분해하지 못해 발병한다. 트립토판이 부족하면 골격 발달이 지연될 수 있다.[18] 정상적인 단백질 섭취를 넘어서 방향족 아미노산을 과도하게 섭취하면 고혈압으로 이어질 수 있으며,[19] 이는 건강한 사람에게서는 오랫동안 눈에 띄지 않을 수 있다. 이는 모노아민 산화효소를 다양한 수준으로 저해하는 다양한 허브 및 초콜릿과 같은 식품, 일부 약물과 같은 다양한 요인에 의해 일어날 수 있다. 티라민과 같은 방향족 미량 아민은 말초 모노아민 소포에서 노르에피네프린을 대체할 수 있으며, 모노아민 산화효소 저해제를 복용하는 사람에게는 생명을 위협할 정도까지 일어날 수 있다. 파란 기저귀 증후군은 상염색체 열성 유전 질환으로, 장 내에서 트립토판이 불완전하게 분해되어 파란색 소변이 나오는 증상을 보인다.

4. 혈액뇌관문(BBB) 통과

방향족 아미노산(AAA)과 분지쇄 아미노산(BCAA)은 혈액뇌관문을 통과할 때 같은 수송 담체를 사용한다.

이 때문에 혈중 BCAA/AAA 비율(피셔 비)이 어떤 질환 등으로 인해 균형을 크게 잃으면 뇌 기능에 영향을 줄 수 있다.

참조

[1] 논문 Protein tryptophan accessibility studied by fluorescence quenching 2002-05-01
[2] 논문 Biological Macromolecules: UV‐visible Spectrophotometry http://www.life.illi[...] John Wiley & Sons Ltd 2001-04
[3] 웹사이트 Peptide and Amino Acid Quantification Using UV Fluorescence in Synergy HT Multi-Mode Microplate Reader {{!}} April 18, 2003 https://www.biotek.c[...] 2020-03-23
[4] 논문 Structures of single-layer β-sheet proteins evolved from β-hairpin repeats 2019-09
[5] 논문 Aromatic cluster mutations produce focal modulations of β-sheet structure 2015-05
[6] 논문 Editorial: Aromatic Amino Acid Metabolism 2019-04-10
[7] 논문 The Biosynthetic Pathways for Shikimate and Aromatic Amino Acids in Arabidopsis thaliana 2010-05-17
[8] 논문 Glyphosate has limited short-term effects on commensal bacterial community composition in the gut environment due to sufficient aromatic amino acid levels https://pure.au.dk/w[...] 2018-02
[9] 논문 Lessons learned regarding symptoms of tryptophan deficiency and excess from animal requirement studies 2012-12
[10] 논문 High dietary intake of aromatic amino acids increases risk of hypertension 2018-01
[11] 논문 Protein tryptophan accessibility studied by fluorescence quenching 2002-05-01
[12] 논문 Biological Macromolecules: UV‐visible Spectrophotometry http://www.life.illi[...] John Wiley & Sons Ltd 2021-04-02
[13] 웹인용 Peptide and Amino Acid Quantification Using UV Fluorescence in Synergy HT Multi-Mode Microplate Reader {{!}} April 18, 2003 https://www.biotek.c[...] 2020-03-23
[14] 논문 A Three-Ring Circus: Metabolism of the Three Proteogenic Aromatic Amino Acids and Their Role in the Health of Plants and Animals 2018
[15] 논문 The Biosynthetic Pathways for Shikimate and Aromatic Amino Acids in Arabidopsis thaliana 2010-05-17
[16] 논문 Glyphosate has limited short-term effects on commensal bacterial community composition in the gut environment due to sufficient aromatic amino acid levels 2018-02
[17] 논문 Editorial: Aromatic Amino Acid Metabolism 2019-04-10
[18] 논문 Lessons learned regarding symptoms of tryptophan deficiency and excess from animal requirement studies https://academic.oup[...] 2012-12
[19] 논문 High dietary intake of aromatic amino acids increases risk of hypertension 2018-01



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