맨위로가기

석시닐-CoA 합성효소

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

석시닐-CoA 합성효소는 석시닐-CoA를 숙신산으로 전환하는 반응을 촉매하는 효소이다. 이 반응은 무기 인산염, 뉴클레오티드 이인산(GDP 또는 ADP)으로부터 뉴클레오티드 삼인산(GTP 또는 ATP)을 생성하는 것을 포함하며, 구연산 회로의 유일한 효소로서 기질 수준 인산화를 통해 뉴클레오티드 삼인산을 생성한다. 세균과 포유류에서 α 및 β 소단위체로 구성되며, ATP를 생성하는 동형 효소와 GTP를 생성하는 동형 효소가 존재한다. 석시닐-CoA 합성효소는 젖산 산증과 같은 질병과 관련이 있으며, 효소 유전자 돌연변이는 치명적인 영아 젖산 산증을 유발할 수 있다.

더 읽어볼만한 페이지

  • EC 6.2.1 - ACSF3
    ACSF3는 염색체 16q24.3에 위치한 유전자이며, 미토콘드리아에 위치하여 지방산을 활성화하고 말로닐-CoA 합성효소 활성을 가진다.
  • EC 6.2.1 - 긴사슬 지방산-CoA 연결효소
    긴사슬 지방산-CoA 연결효소(LC-FACS)는 긴 사슬 지방산을 아실-CoA 에스터로 전환하여 단백질 수송, 효소 활성화, 세포 신호 전달 등 다양한 세포 과정에 관여하며, ATP를 사용하여 장쇄 지방산을 활성화하는 두 단계 효소 반응을 거쳐 지방산 아실-CoA를 생성한다.
  • 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.
석시닐-CoA 합성효소
효소 정보
EC 번호6.2.1.4 (Succinate—CoA ligase (GDP-forming))
CAS 번호9014-36-2 (Succinate—CoA ligase (GDP-forming))
GO 코드0045244 (Succinate—CoA ligase (GDP-forming))
돼지 GTP-특이적 석시닐-CoA 합성효소와 GTP
돼지 GTP-특이적 석시닐-CoA 합성효소와 GTP. PDB 2fp4
대장균 유래 석시닐-CoA 합성효소
대장균 유래 석시닐-CoA 합성효소. PDB 2scu
석시닐-CoA 합성효소 (GDP 형성)
EC 번호6.2.1.4
CAS 번호9014-36-2
IUBMB EC 번호6/2/1/4
GO 코드0045244
돼지 GTP-특이적 석시닐-CoA 합성효소와 GTP
돼지 GTP-특이적 석시닐-CoA 합성효소와 GTP. PDB 2fp4
석시닐-CoA 합성효소 (ADP 형성)
EC 번호6.2.1.5
CAS 번호9080-33-5
IUBMB EC 번호6/2/1/5
GO 코드0042709
대장균 유래 석시닐-CoA 합성효소
대장균 유래 석시닐-CoA 합성효소. PDB 2scu

2. 화학 반응 및 효소 메커니즘

석시닐-CoA 합성효소는 다음과 같은 가역 반응을 촉매한다.

: 석시닐 CoA + Pi + NDP ↔ 숙신산 + CoA + NTP

여기서 Pi는 무기 인산염, NDP는 뉴클레오티드 이인산(GDP 또는 ADP), NTP는 뉴클레오티드 삼인산(GTP 또는 ATP)을 나타낸다. 이 효소는 석시닐 CoA의 숙신산으로의 전환과 NDP 및 Pi로부터 NTP의 형성을 연결하는 것을 촉진한다. 이 반응은 생화학적 표준 상태 자유 에너지 변화가 -3.4 kJ/mol이다.[4] 이 반응은 세 단계의 메커니즘으로 진행된다.[3] 첫 번째 단계는 CoA가 친핵성 무기 인산염 분자에 의해 석시닐 CoA에서 치환되어 석시닐 인산을 형성하는 것을 포함한다. 그런 다음 효소는 히스티딘 잔기를 사용하여 석시닐 인산으로부터 인산기를 제거하고 숙신산을 생성한다. 마지막으로, 인산화된 히스티딘은 인산기를 뉴클레오시드 이인산으로 전달하여 고에너지 운반 뉴클레오시드 삼인산을 생성한다.

3. 구조

세균 및 포유류의 석시닐-CoA 합성효소(SCS)는 α 및 β 단백질 서브유닛으로 구성된다.[5] 대장균(''Escherichia coli'')에서는 αβ 단백질 이합체가 결합하여 α2β2 이종사합체 구조를 형성하는 반면, 포유류 미토콘드리아 SCS는 αβ 이합체로 활성화되며 이종사합체를 형성하지 않는다.[6]

''E. coli'' SCS 이종사합체는 단백질 결정학을 통해 결정화되었고 자세히 특성화되었다.[6][7] 그림 2와 같이, 두 개의 α 서브유닛(분홍색과 녹색)은 구조의 반대쪽에 위치하고, 두 개의 β 서브유닛(노란색과 파란색)은 단백질의 중간 영역에서 상호 작용한다.[6]

석시닐-CoA 합성효소 알파 서브유닛(석시닐-CoA 결합 동형)의 단백질 결정학 결정 구조는 Joyce 등에 의해 2.10 Å의 분해능으로 결정되었으며, PDB 코드는 1CQJ이다.[8]

3. 1. 소단위체

세균 및 포유류 석시닐-CoA 합성효소(SCS)는 α 및 β 단백질 서브유닛으로 구성된다.[5] Escherichia coli에서 두 개의 αβ 단백질 이합체가 결합하여 α2β2 이종사합체 구조를 형성한다. 그러나 포유류 미토콘드리아 SCS는 αβ 이합체로 활성화되며 이종사합체를 형성하지 않는다.[6]

''E. coli'' SCS 이종사합체는 단백질 결정학을 통해 결정화되었고 자세히 특성화되었다.[6][7] -- 그림 2에서 볼 수 있듯이, 두 개의 α 서브유닛(분홍색과 녹색)은 구조의 반대쪽에 위치하고, 두 개의 β 서브유닛(노란색과 파란색)은 단백질의 중간 영역에서 상호 작용한다. 두 개의 α 서브유닛은 단일 β 단위와만 상호 작용하는 반면, β 단위는 단일 α 단위(αβ 이합체를 형성) 및 다른 αβ 이합체의 β 서브유닛과 상호 작용한다.[6] 짧은 아미노산 사슬이 두 개의 β 서브유닛을 연결하여 사합체 구조를 형성한다.

석시닐-CoA 합성효소 알파 서브유닛(석시닐-CoA 결합 동형)의 단백질 결정학 결정 구조는 Joyce 등에 의해 2.10 Å의 분해능으로 결정되었으며, PDB 코드는 1CQJ이다.[8]

3. 2. 촉매 잔기

''대장균''(''E. coli'') SCS의 결정 구조는 조효소 A가 각 α-서브유닛 (로스만 폴드 내)에서 히스티딘 잔기(His246α)에 근접하여 결합한다는 증거를 제공한다.[7] 이 히스티딘 잔기는 반응 메커니즘에서 숙신산 형성 단계 동안 인산화된다. 숙신산의 정확한 결합 위치는 잘 정의되어 있지 않다.[9] 뉴클레오티드 삼인산의 형성은 각 β-서브유닛의 N-말단 근처에 위치한 ATP grasp 도메인에서 발생한다. 그러나 이 grasp 도메인은 인산화된 히스티딘 잔기로부터 약 35Å 떨어져 있다.[8] 이로 인해 연구자들은 효소가 히스티딘을 grasp 도메인으로 가져와 뉴클레오사이드 삼인산의 형성을 촉진하기 위해 구조의 주요 변화를 겪어야 한다고 믿게 되었다. 돌연변이 유발 실험을 통해 두 개의 글루탐산 잔기(촉매 히스티딘 근처의 Glu208α와 ATP grasp 도메인 근처의 Glu197β)가 히스티딘의 인산화 및 탈인산화에 역할을 한다는 것이 밝혀졌지만, 효소가 구조를 변화시키는 정확한 메커니즘은 완전히 이해되지 않았다.[9]

3. 3. 동형 효소 (Isoforms)

양막류에서 석시닐-CoA 합성효소는 두 가지 동형 효소가 기술되었는데, 하나는 ATP 합성을, 다른 하나는 GTP를 합성한다.[10]

  • SUCLA2: ATP 생성
  • SUCLG2: GTP 생성


양막류에서 이 효소는 α- 및 β-소단위체로 구성된 이량체이다. 아데노신 또는 구아노신 인산에 대한 특이성은 β-소단위체[10]에 의해 결정되며, 이는 2개의 유전자에 의해 암호화된다. SUCLG1은 공통 α-소단위체를 암호화하는 반면, SUCLG2는 GTP 특이적이고 SUCLA2는 ATP 특이적이다. β 변이체는 서로 다른 조직에서 다른 양으로 생성[10]되어 GTP 또는 ATP 기질 요구 사항을 발생시킨다.

주로 소비 조직인 심장과 뇌는 ATP 특이적 석시닐-CoA 합성효소(ATPSCS)를 더 많이 가지고 있으며, 신장 및 간과 같은 합성 조직은 GTP 특이적 형태(GTPSCS)를 더 많이 가지고 있다.[12] 비둘기 가슴 근육에서 얻은 ATPSCS와 비둘기 간에서 얻은 GTPSCS의 속도론적 분석 결과, 이들의 겉보기 미카엘리스 상수는 CoA에 대해 유사했지만, 뉴클레오티드, 인산염 및 석시네이트에 대해서는 달랐다. 가장 큰 차이는 석시네이트에 대한 것이었는데, ATPSCS의 Kmapp = 5mM인 반면 GTPSCS의 Kmapp = 0.5mM이었다.[10]

4. 기능

석시닐-CoA 합성효소(SCS)는 석시닐 CoA를 숙신산으로 전환시키면서 뉴클레오사이드 삼인산(NTP)을 생성하는 반응을 촉매하는 효소이다. 양막류에는 아데노신 삼인산(ATP)을 합성하는 형태(SUCLA2)와 구아노신 삼인산(GTP)를 합성하는 형태(SUCLG2) 두 가지 동형이 존재한다.[10] 이 효소는 α-소단위체와 β-소단위체로 구성된 이량체인데, 아데노신 또는 구아노신 인산에 대한 특이성은 β-소단위체에 의해 결정된다.[10] SUCLG2는 GTP 특이적이고 SUCLA2는 ATP 특이적인 반면, SUCLG1은 공통 α-소단위체를 암호화한다. β 변이체는 서로 다른 조직에서 다른 양으로 생성[10]되어 GTP 또는 ATP 기질 요구 사항을 발생시킨다.

심장과 뇌는 주로 ATP 특이적 석시닐-CoA 합성효소(ATPSCS)를 더 많이 가지고 있으며, 신장 및 간과 같은 합성 조직은 GTP 특이적 형태(GTPSCS)를 더 많이 가지고 있다.[12] 비둘기 가슴 근육에서 얻은 ATPSCS와 비둘기 간에서 얻은 GTPSCS의 속도론적 분석 결과, 이들의 겉보기 미카엘리스 상수는 CoA에 대해 유사했지만, 뉴클레오티드, 인산염 및 석시네이트에 대해서는 달랐다. 가장 큰 차이는 석시네이트에 대한 것이었는데, ATPSCS의 Kmapp = 5mM인 반면 GTPSCS의 Kmapp = 0.5mM이었다.[10]

4. 1. 뉴클레오타이드 삼인산 생성

석시닐-CoA 합성효소는 다음과 같은 가역 반응을 촉매한다.

: 석시닐 CoA + Pi + NDP ↔ 숙신산 + CoA + NTP

여기서 Pi는 무기 인산염, NDP는 뉴클레오티드 이인산(GDP 또는 ADP), NTP는 뉴클레오티드 삼인산(GTP 또는 ATP)을 나타낸다. 이 효소는 석시닐 CoA의 숙신산으로의 전환과 NDP 및 Pi로부터 NTP의 형성을 연결한다. 이 반응의 생화학적 표준 상태 자유 에너지 변화는 -3.4 kJ/mol이다.[4] 반응은 세 단계의 메커니즘으로 진행된다.[3] 첫 번째 단계는 CoA가 친핵성 무기 인산염 분자에 의해 석시닐 CoA에서 치환되어 석시닐 인산을 형성하는 것이다. 그다음 효소는 히스티딘 잔기를 사용하여 석시닐 인산으로부터 인산기를 제거하고 숙신산을 생성한다. 마지막으로, 인산화된 히스티딘은 인산기를 뉴클레오시드 이인산으로 전달하여 고에너지 운반 뉴클레오시드 삼인산을 생성한다.

석시닐-CoA 합성효소(SCS)는 기질 수준 인산화에 의해 뉴클레오티드 삼인산(GTP 또는 ATP)이 생성되는 반응을 촉매하는 구연산 회로의 유일한 효소이다.[4] 연구에 따르면 ''E. coli'' SCS는 GTP 또는 ATP 생성을 촉매할 수 있다.[7] 그러나 포유류는 GTP(G-SCS) 또는 ATP(A-SCS)에 특이적인 서로 다른 유형의 SCS를 가지며, 이는 유기체 내의 서로 다른 유형의 조직에 존재한다. 비둘기 세포를 사용한 연구에 따르면 GTP 특이적 SCS는 비둘기 간 세포에 위치하고 ATP 특이적 SCS는 비둘기 가슴 근육 세포에 위치한다.[11] 쥐, 생쥐 및 인간 조직에서도 GTP 및 ATP 특이적 SCS와 유사한 현상이 밝혀졌다. 동화 작용 (간, 신장 등)에 일반적으로 관여하는 조직은 G-SCS를 발현하는 반면, 이화 작용 (뇌, 심장 및 근육 조직 등)에 관여하는 조직은 A-SCS를 발현한다.[12]

5. 조절 및 저해

일부 세균에서 석시닐-CoA 합성효소는 전사 수준에서 조절된다.[16] 석시닐-CoA 합성효소(sucCD) 유전자는 α-케토글루타르산 탈수소효소(sucAB) 유전자와 함께 전사되어 sdhC 프로모터의 제어를 받는데, 이는 석신산 탈수소효소 오페론의 일부이다. 이 오페론은 산소의 존재에 의해 상향 조절되며 다양한 탄소원에 반응한다. 히스티딘의 인산화를 방지하는 항생제(예: LY26650)는 세균성 석시닐-CoA 합성효소의 강력한 억제제이다.[17]

6. 최적 활성 조건

측정 결과(콩 SCS 사용) 최적 온도는 37°C, 최적 pH는 7.0~8.0으로 나타났다.[18]

7. 질병과의 관련성

결함이 있는 석시닐-CoA 합성효소(SCS)는 치명적인 영아 젖산 산증의 원인으로, 이는 유아에게서 독성 수준의 젖산이 축적되는 질환이다.[19] 이 질환은 가장 심각한 경우 출생 후 2~4일 이내에 사망을 초래한다.

7. 1. 치명적 영아 젖산 산증 (Fatal Infantile Lactic Acidosis)

결함이 있는 석시닐-CoA 합성효소(SCS)는 치명적인 영아 젖산 산증의 원인으로 지목되어 왔는데, 이는 유아에게서 독성 수준의 젖산이 축적되는 질환이다. 이 질환은 가장 심각한 경우 출생 후 2~4일 이내에 사망을 초래한다.[19] 이 질환을 가진 환자는 SCS의 α 서브유닛을 암호화하는 SUCLG1 유전자 내에서 2개의 염기쌍 결손을 보인다는 것이 밝혀졌다.[19] 결과적으로, 기능적인 SCS가 대사 과정에서 결여되어 당 분해와 시트르산 회로 사이의 주요한 불균형을 일으킨다. 세포가 기능적인 시트르산 회로를 갖지 못하므로, 세포가 ATP를 생산하는 주요 수단으로 젖산 발효를 선택하게 되어 산증이 발생한다.

참조

[1] 논문 Interactions of GTP with the ATP-grasp domain of GTP-specific succinyl-CoA synthetase 2006-04
[2] 논문 A detailed structural description of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase 1999-01
[3] 서적 Biochemistry / Donald J. Voet ; Judith G. Voet Wiley, J
[4] 서적 Biochemistr https://archive.org/[...] W.H. Freeman
[5] 서적 Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology
[6] 논문 Active enzyme sedimentation, sedimentation velocity, and sedimentation equilibrium studies of succinyl-CoA synthetases of porcine heart and Escherichia coli 1986-09
[7] 논문 A detailed structural description of escherichia coli succinly-CoA synthetase 1999-05
[8] 논문 ADP-binding site of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase revealed by x-ray crystallography 2000-01
[9] 논문 Two glutamate residues, Glu 208 alpha and Glu 197 beta, are crucial for phosphorylation and dephosphorylation of the active-site histidine residue in succinyl-CoA synthetase 2002-01
[10] 논문 Genetic evidence for the expression of ATP- and GTP-specific succinyl-CoA synthetases in multicellular eucaryotes https://www.jbc.org/[...] 1998-10
[11] 논문 Characterization of the ATP- and GTP-specific succinyl-CoA synthetases in pigeon. The enzymes incorporate the same alpha-subunit 1998-10
[12] 논문 Expression of two succinyl-CoA synthetases with different nucleotide specificities in mammalian tissues 2004-08
[13] 논문 The role of succinyl-CoA synthetase in the control of heme biosynthesis 1965-12
[14] 논문 Succinic thiokinase and metabolic control
[15] 논문 Distinct physiological roles of animal succinate thiokinases. Association of guanine nucleotide-linked succinate thiokinase with ketone body utilization 1986-09
[16] 논문 "[Knotty reticulosis with keloid formation]" 1975-02
[17] 논문 Inhibition of succinyl CoA synthetase histidine-phosphorylation in Trypanosoma brucei by an inhibitor of bacterial two-component systems 1999-05
[18] 논문 Porphyrin biosynthesis: immobilized enzymes and ligands. VI. Studies on succinyl CoA synthetase from cultured soya bean cells 1978-03
[19] 논문 Deficiency of the alpha subunit of succinate-coenzyme A ligase causes fatal infantile lactic acidosis with mitochondrial DNA depletion 2007-08
[20] 논문 Interactions of GTP with the ATP-grasp domain of GTP-specific succinyl-CoA synthetase 2006-04
[21] 논문 A detailed structural description of Escherichia coli succinyl-CoA synthetase 1999-01
[22] 서적 Biochemistry / Donald J. Voet ; Judith G. Voet Wiley, J
[23] 서적 Biochemistr https://archive.org/[...] W.H. Freeman


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com