에르고스테롤

1. 개요

에르고스테롤은 균류에서 발견되는 스테롤로, 효모 및 다른 균류의 세포막을 구성하며 동물 세포의 콜레스테롤과 유사한 기능을 한다. 에르고스테롤은 항진균제와 항원충제의 표적이 될 수 있으며, 비타민 D₂의 전구체로 자외선에 노출되면 에르고칼시페롤로 전환된다. 에르고스테롤 분말은 자극적이며, 과다 섭취 시 고칼슘혈증을 유발할 수 있다.

2. 균류에서의 역할

에르고스테롤(ergosta-5,7,22-trien-3β-ol)은 곰팡이에서 발견되는 스테롤의 일종으로, 맥각균(Claviceps)속에서 처음 분리되어 맥각이라는 이름이 붙었다. 에르고스테롤은 효모와 다른 균류의 세포막 구성 성분으로, 동물 세포의 콜레스테롤과 비슷한 기능을 한다.

2.1. 세포막 기능 및 안정성 유지

에르고스테롤은 균류에서 발견되는 스테롤이며, 효모 및 기타 균류의 세포막 구성 성분으로 동물 세포의 콜레스테롤과 유사한 작용을 한다. 에르고스테롤이란 이름은 최초로 분리된 균류 Claviceps purpurea의 일반명인 "ergot(맥각균)"의 이름을 따서 명명되었다.

균류에서 에르고스테롤의 특이성은 전형적인 생태적 지위(식물 및 동물의 표면, 토양)에서 이러한 생물들이 직면하는 기후 불안정성(매우 다양한 습도 및 수분 조건)과 관련이 있다고 생각된다. 따라서 에르고스테롤 합성 과정에서의 추가적인 에너지 요구 조건에도 불구하고(콜레스테롤과 비교했을 경우) 에르고스테롤은 균류에서 콜레스테롤을 대신하여 진화적으로 유리한 대안으로써 진화된 것으로 생각된다. 이러한 장점은 에르고스테롤 구조(B-링)에 있는 두 개의 공액 이중 결합이 항산화 특성을 갖는 것과 관련이 있을 수 있다.

2.2. 진화적 이점

에르고스테롤이 고등 균류에서 특이적으로 나타나는 것은 이러한 유기체가 전형적으로 서식하는 생태적 지위(식물 및 동물의 표면, 토양)에서 겪는 기후 불안정성(습도 및 수분 조건의 심한 변화)과 관련이 있는 것으로 여겨진다. 따라서 에르고스테롤 합성에 필요한 에너지 요구량 증가에도 불구하고(콜레스테롤과 비교했을 때), 에르고스테롤은 콜레스테롤에 대한 거의 모든 곳에서 발견되는 진화적으로 유리한 곰팡이 대안으로 진화한 것으로 생각된다. 이러한 장점은 에르고스테롤의 구조(B-링)에 두 개의 공액 이중 결합이 존재하여 항산화 특성을 갖는 것과 관련이 있을 수 있다.

3. 항진균제의 표적

에르고스테롤은 균류의 세포막에 존재하지만, 동물 세포에는 존재하지 않기 때문에 항진균제의 유용한 표적이 된다. 에르고스테롤은 트리파노소마와 같은 일부 원생생물의 세포막에도 존재하는데, 이는 아프리카 수면병에 대한 항진균제 사용의 근거가 된다.

항진균제는 작용 기전에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
* 암포테리신 B: 막의 에르고스테롤과 물리적으로 결합하여 균류의 막에 극성 구멍을 만든다.
* 플루코나졸, 미코나졸, 이트라코나졸, 클로트리마졸, 마이클로뷰타닐: 라노스테롤에서 에르고스테롤로 합성되는 과정을 저해한다.

3.1. 암포테리신 B

에르고스테롤은 균류의 세포막에 존재하지만, 동물에는 존재하지 않기 때문에 항진균제의 유용한 표적이다. 에르고스테롤은 트리파노소마와 같은 일부 원생생물의 세포막에도 존재한다. 이는 아프리카 수면병에 대한 항진균제 사용의 근거이다.

암포테리신 B는 항진균제로, 에르고스테롤을 표적으로 한다. 암포테리신 B는 막 내에서 에르고스테롤에 물리적으로 결합하여 곰팡이 막에 극성 기공을 생성한다. 이로 인해 이온(주로 칼륨과 수소 이온)과 다른 분자들이 유출되어 세포가 죽게 된다. 암포테리신 B는 대부분의 상황에서 더 안전한 약제로 대체되었지만, 부작용에도 불구하고 생명을 위협하는 곰팡이 또는 원생동물 감염에 여전히 사용된다.

플루코나졸, 미코나졸, 이트라코나졸, 클로트리마졸, 그리고 마이클로부타닐은 다른 방식으로 작용하여, 라노스테롤로부터 에르고스테롤 합성을 14α-데메틸라아제를 방해함으로써 억제한다. 에르고스테롤은 라노스테롤보다 작은 분자이다. 에르고스테롤은 15개의 탄소를 가진 테르페노이드인 파르네실 피로인산 두 분자를 결합하여 30개의 탄소를 가진 라노스테롤을 만들어서 합성된다. 그런 다음 두 개의 메틸기가 제거되어 에르고스테롤이 생성된다. "아졸" 계열의 항진균제는 라노스테롤과 에르고스테롤 사이의 생합성 경로에서 이러한 탈메틸화 단계를 수행하는 효소를 효소 억제제로 작용하여 억제한다.

3.2. 아졸계 항진균제

에르고스테롤은 균류의 세포막에 존재하지만, 동물에는 존재하지 않기 때문에 항진균제의 유용한 표적이다. 에르고스테롤은 트리파노소마와 같은 일부 원생생물의 세포막에도 존재한다. 이는 아프리카 수면병에 대한 항진균제 사용의 근거이다.

항진균제인 암포테리신 B는 에르고스테롤을 표적으로 한다. 암포테리신 B는 막의 에르고스테롤과 물리적으로 결합하여 균류의 막에 극성 구멍을 만든다. 이로 인해 이온(주로 칼륨 및 히드론) 및 기타 분자들이 누출되어, 세포가 죽는다. 암포테리신 B는 대부분의 상황에서 보다 안전한 약물로 대체되었지만, 부작용에도 불구하고 생명을 위협하는 균류 또는 원생동물에 의한 감염에 여전히 사용되고 있다.

플루코나졸, 미코나졸, 이트라코나졸, 클로트리마졸 및 마이클로뷰타닐은 다른 방식으로 작용하여 라노스테롤 14α-탈메틸화효소의 작용을 방해함으로써 라노스테롤로부터 에르고스테롤의 합성을 저해한다. 에르고스테롤은 라노스테롤보다 작은 분자이다. 에르고스테롤은 15개의 탄소를 가지고 있는 테르페노이드인 파르네실 피로인산 두 분자를 결합하여 30개의 탄소를 가지고 있는 라노스테롤을 생성하는 과정을 거쳐 합성된다. 이어서 라노스테롤의 2개의 메틸기가 제거되어 에르고스테롤이 생성된다. 항진균제의 "아졸" 부류는 라노스테롤과 에르고스테롤 사이의 생합성 경로에서 이들 탈메틸화 단계를 촉매하는 효소를 저해한다.

4. 항원충제의 표적

세모편모충속(Trichomonas) 및 레이시마니아(Leishmania)를 포함한 일부 원생동물은 에르고스테롤의 합성과 기능을 표적으로 하는 약물에 의해 저해된다.

5. 비타민 D₂의 전구체

에르고스테롤은 비타민 D₂ (에르고칼시페롤)의 생물학적 전구체이다. 1930년대에는 비타민 D₂와 프리비타민을 혼합한 조사된 에르고스테롤을 비오스테롤(viosterol)이라고 불렀다. 곰팡이는 에르고스테롤 추출을 통해 비타민 D₂를 식이 보충제 및 식품 첨가물로 판매하기 위한 분말 형태로 제조하기 위해 산업적으로 재배된다.

5.1. 자외선에 의한 전환

에르고스테롤은 비타민 D₂의 생물학적 전구체이며, 비타민 D₂의 화학명은 에르고칼시페롤이다. 에르고스테롤이 자외선에 노출되면 에르고칼시페롤로 전환되는 광화학 반응이 일어난다.

에르고스테롤은 자연적으로 어느 정도 생성되며, 많은 버섯들은 수확 후에 비타민 D의 함량을 증가시키기 위해 조사된다. 균류는 또한 에르고스테롤을 추출하여 비타민 D로 전환시켜서 식이 보충제와 식품 첨가물로 판매할 수 있도록 산업적으로 재배된다. 1930년대에는 비타민 D₂와 프리비타민을 혼합한 조사된 에르고스테롤을 비오스테롤(viosterol)이라고 불렀다. 흰색 양송이를 UV-C 조사에 노출시키면 버섯 내 비타민 D₂ 농도가 시간에 따라 증가한다.

5.2. 산업적 이용

에르고스테롤은 비타민 D₂의 생물학적 전구체이다. 비타민 D₂의 화학명은 에르고칼시페롤이다. 에르고스테롤이 자외선에 노출되면 에르고칼시페롤로 전환되는 광화학 반응이 일어난다.

에르고스테롤은 자연적으로 어느 정도 생성되며, 많은 버섯들은 수확 후에 비타민 D의 함량을 증가시키기 위해 조사된다. 균류는 또한 에르고스테롤을 추출하여 비타민 D로 전환시켜서 식이 보충제와 식품 첨가물로 판매할 수 있도록 산업적으로 재배된다.

1930년대에는 비타민 D₂와 프리비타민을 혼합한 조사된 에르고스테롤을 비오스테롤(viosterol)이라고 불렀다.

6. 독성

에르고스테롤 분말은 피부, 눈 및 호흡기를 자극한다. 에르고스테롤을 다량 섭취하면 고칼슘혈증이 생길 수 있으며, 이는 연조직, 특히 콩팥에 칼슘염 침전물을 생기게 할 수 있다.