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보조 인자 F430

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목차

1. 개요

보조 인자 F430은 메탄 생성 세균에서 발견되는 니켈을 함유한 테트라피롤로, 메탄 생성 과정에 중요한 역할을 한다. 1978년, Methanobacterium thermoautotrophicum에서 추출한 노란색 샘플의 분광학적 특성을 기반으로 명명되었으며, 1982년 조효소 B 설포에틸싸이오트랜스퍼레이스의 보조 인자로 확인되었다. F430은 5개의 이중 결합을 가진 가장 환원된 테트라피롤 구조인 콜핀을 특징으로 하며, 유로포르피리노젠 III를 시작으로 여러 단계를 거쳐 생합성된다.

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보조 인자 F430 - [화학 물질]에 관한 문서
개요
조효소 F430
조효소 F430의 구조
다른 이름메틸-CoM 환원 효소 조효소 F430
F430
화학식C₄₂H₅₁N₆NiO₁₃⁻
분자 질량906.58014 g/mol
외형노란색 고체
CAS 등록 번호73145-13-8
PubChem CID5460020
ChEBI28265
SMILES 표기법CC12CC(=O)NC13CC4C(C(C(=N4)CC5C(C6CCC(=O)C(=C7C(C(C(=CC(=N3)C2CCC(=O)O)[N-]7)CC(=O)O)CCC(=O)O)C6=N5)CC(=O)O)(C)CC(=O)N)CCC(=O)O.[Ni]
InChIInChI=1S/C42H52N6O13.Ni/c1-40(16-30(43)50)22(5-9-33(54)55)27-15-42-41(2,17-31(51)48-42)23(6-10-34(56)57)26(47-42)13-24-20(11-35(58)59)19(4-8-32(52)53)39(45-24)37-28(49)7-3-18-21(12-36(60)61)25(46-38(18)37)14-29(40)44-27;/h13,18-23,25,27H,3-12,14-17H2,1-2H3,(H9,43,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61);/p-1/t18-,19-,20-,21-,22+,23+,25+,27-,40-,41-,42-;/m0./s1
InChIKeyQFGKGCZCUVIENT-SXMZNAGASA-M
역할
효소 분류 번호2.8.4.1
관련 물질(메틸-CoM)
(메탄)
설명
주요 기능메탄 생성 과정의 마지막 단계 및 혐기성 메탄 산화의 첫 번째 단계를 촉매하는 니켈 금속 효소인 메틸-조효소 M 환원 효소의 생화학적 기능 수행

2. 구조

보조 인자 F430이라는 관용명은 1978년에 명명되었다. 이는 ''메탄박테리움'' ''thermoautotrophicum''에서 추출한 노란색 샘플이 430 nm 파장에서 분광 최대 흡수를 보이는 특성에서 유래했다.[19][5] 이후 1982년에 메틸-코엔자임 M 환원효소(MCR)의 보조 인자임이 밝혀졌고,[20][6] X선 결정학과 핵자기 공명 분광법 연구를 통해 완전한 구조가 규명되었다.[21][7]

보조 인자 F430은 코핀(corphin)이라고 하는 환원된 테트라피롤 거대 고리 구조를 가지고 있으며,[22][8] 자연계에서 발견되는 테트라피롤 중 유일하게 니켈 원소를 포함하고 있다.[23][9]

2. 1. 콜핀

보조 인자 F430의 핵심 구조는 콜핀(corphin)이라고 불리는 독특한 테트라피롤 유도체이다.[22][8] 이는 거대 고리 형태의 환원된 포르피린 구조를 가진다.[22][8] 자연계에 존재하는 다른 테트라피롤(예: 헴, 클로로필, 비타민 B12의 구성 요소)과 비교했을 때, 콜핀은 이중 결합이 5개만 존재하는, 알려진 천연 테트라피롤 중 가장 환원된 형태이다. 이러한 구조적 특징, 즉 상대적으로 불포화 결합이 적기 때문에 콜핀은 황색을 띤다. 이는 더 많은 불포화 결합을 가져 짙은 적자색을 띠는 다른 테트라피롤들과 뚜렷한 차이를 보인다. 구조적으로 콜핀은 표준 테트라피롤의 네 고리(A-D) 외에도 γ-락탐 구조의 고리 E와 케토기를 포함하는 탄소 고리 F를 추가로 가지고 있다.[22][8] 또한 보조 인자 F430은 자연계에서 발견되는 테트라피롤 중 유일하게 니켈 원소를 포함하고 있다.[23][9]

3. 생합성

유로포르피리노젠 III의 구조


다이하이드로시로하이드로클로린의 구조


시로하이드로클로린의 구조


F430의 생합성은 엽록소, 비타민 B12, 피코빌린, 시로헴, 헴, 헴d1을 포함한 모든 천연 테트라피롤의 전구체인 유로포르피리노젠 III로부터 시작된다. 유로포르피리노젠 III는 다이하이드로시로하이드로클로린을 거쳐 시로하이드로클로린으로 전환된다.[10] 이후 시로하이드로클로린에 니켈 이온이 삽입되고, 여러 단계의 효소 반응을 거쳐 최종적으로 F430이 완성된다. 상세한 과정은 하위 문단에서 설명한다.

3. 1. 니켈 삽입

시로하이드로클로린은 다이하이드로시로하이드로클로린을 거쳐 유로포르피리노젠 III로부터 만들어진다.[10] 이 테트라피롤 고리 구조에 니켈(II) 이온을 삽입하는 과정은 시로하이드로클로린 코발토킬레이타제 (CbiX)라는 효소에 의해 촉매된다. 이 반응을 통해 니켈(II)-시로하이드로클로린이 생성된다.[11] 이 효소는 코발라민 생합성 과정에서는 시로하이드로클로린에 니켈 대신 코발트를 삽입하는 역할을 수행한다.[11]

3. 2. 니켈(II)-시로하이드로클로린 a,c-다이아마이드 생성

ATP 의존적인 Ni-시로하이드로클로린 a,c-다이아미드 합성효소 (CfbE)는 반응 EC 6.3.5.12에서 a와 c 아세테이트 곁사슬을 아세트아마이드로 전환하여 니켈(II)-시로하이드로클로린 a,c-다이아마이드를 생성한다.[11] 이 두 아마이드화 반응의 순서는 무작위적이다.[11]

3. 3. 15,173-세코-F430-173-산 (세코-F430) 생성

니켈(II)-시로하이드로클로린 a,c-다이아마이드가 세코-F430으로 전환되는 과정


2성분 복합체인 Ni-시로하이드로클로린 a,c-다이아미드 환원 사이클라제 (CfbCD)는 고리 시스템의 6전자 및 7-양성자 환원을 수행하여 15,173-세코-F430-173-산 (세코-F430) 중간체를 생성한다.[11][25] 이 환원 반응에는 ATP 가수분해가 필요하며, 전자는 두 개의 4Fe-4S 중심을 통해 전달된다.[11][25]

3. 4. 최종 단계: F430 생성

최종 단계에서, 케토기를 포함하는 탄소고리 F는 ATP 의존 효소인 조효소 F(430) 합성효소 (CfbB)에 의해 형성되어 조효소 F430을 생성한다.[11][12][13] 이 효소는 펩티도글리칸 생합성에서 발견되는 MurF-유사 리가제이다.

참조

[1] 서적 The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment Springer
[2] 논문 Masters of methane
[3] 논문 Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson
[4] 논문 A conspicuous nickel protein in microbial mats that oxidize methane anaerobically 2003-12
[5] 논문 Chromophoric factors F342 and F430 of ''Methanobacterium'' thermoautotrophicum
[6] 논문 Nickel-containing factor F430: Chromophore of the methylreductase of Methanobacterium
[7] 논문 Coenzyme F430 from Methanogenic Bacteria : Complete Assignment of Configuration Based on an X-ray Analysis of 12,13-diepi-F430 Pentamethyl Ester and on NMR Spectroscopy
[8] 논문 Chemistry of Corphinoids
[9] 서적 Metalloprotein Active Site Assembly Wiley 2017-10-02
[10] 논문 Sirohydrochlorin, a precursor of factor F430 biosynthesis in Methanobacterium thermoautotrophicum 1985-10-07
[11] 논문 Elucidation of the biosynthesis of the methane catalyst coenzyme F430
[12] 논문 The biosynthetic pathway of coenzyme F430 in methanogenic and methanotrophic archaea
[13] 웹사이트 Pathway: factor 430 biosynthesis https://biocyc.org/M[...] MetaCyc Metabolic Pathway Database 2017-01-09
[14] 간행물 Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson
[15] 서적 The Metal-Driven Biogeochemistry of Gaseous Compounds in the Environment Springer
[16] 논문 Masters of methane
[17] 논문 Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson http://mic.sgmjourna[...] 2022-04-04
[18] 논문 A conspicuous nickel protein in microbial mats that oxidize methane anaerobically 2003-12
[19] 논문 Chromophoric factors F342 and F430 of ''Methanobacterium'' thermoautotrophicum
[20] 논문 Nickel-containing factor F430: Chromophore of the methylreductase of Methanobacterium
[21] 논문 Coenzyme F430 from Methanogenic Bacteria : Complete Assignment of Configuration Based on an X-ray Analysis of 12,13-diepi-F430 Pentamethyl Ester and on NMR Spectroscopy
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[25] 논문 Elucidation of the biosynthesis of the methane catalyst coenzyme F430
[26] 논문 The biosynthetic pathway of coenzyme F430 in methanogenic and methanotrophic archaea
[27] 웹인용 Pathway: factor 430 biosynthesis https://biocyc.org/M[...] MetaCyc Metabolic Pathway Database 2020-04-27


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