포도당생성성 아미노산
1. 개요
포도당생성성 아미노산은 포도당 신생 과정에 사용되는 아미노산으로, 피루브산, 프로피온산, 옥살아세트산, α-케토글루타르산, 푸마르산 등을 거쳐 포도당 신생에 관여한다. 이들은 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴산 등과 같이 옥살아세트산으로 변환되어 당 신생에 사용되거나, 프로피온산을 거쳐 석시닐-CoA를 통해 옥살아세트산으로 전환되어 당 신생에 사용되기도 한다. 페닐알라닌, 아이소류신, 트레오닌, 트립토판, 티로신은 포도당 생성과 케톤체 생성이 모두 가능하며, 류신과 라이신은 케톤체 생성에만 관여한다. 옥살아세트산은 미토콘드리아 내막을 통과할 수 없으므로, 말산-아스파르트산 셔틀을 통해 세포질로 이동하여 포도당 신생에 사용된다.
| 유형 | 아미노산 |
|---|---|
| 역할 | 포도당 생성 |
| 정의 | 대사 과정에서 포도당 또는 글리코겐으로 전환될 수 있는 아미노산 |
|---|---|
| 대사 경로 | 해당과정 또는 시트르산 회로의 중간 생성물로 전환됨 |
| 글루코스 생성 아미노산 | 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파르트산, 시스테인, 글루탐산, 글루타민, 글리신, 프롤린, 세린, 티로신, 히스티딘, 메티오닌, 트레오닌, 트립토판 |
| 예외 | 류신과 라이신은 순수하게 케톤 생성 아미노산이며, 아이소류신, 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판, 티로신은 포도당 생성 및 케톤 생성 아미노산임 |
| 관련 효소 | 포스포에놀피루브산 카복시키나아제 (GTP 이용) |
| 기능 | 혈당 유지 에너지 공급 다른 분자 합성의 전구체 |
|---|---|
| 관련 질병 | 당뇨병 저혈당증 대사 장애 |
| 중요성 | 단백질 합성 질소 운반 장 세포, 림프구, 신장 세포, 암 세포의 연료 공급 |
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아미노산 -
시스테인
시스테인은 설프하이드릴기를 가진 아미노산의 일종으로, 단백질 구성 성분이며 다양한 생물학적 기능을 수행하고 식품, 제약, 퍼스널 케어 산업에서 활용된다. -
아미노산 -
필수 아미노산
필수 아미노산은 인체 내에서 합성되지 않아 음식으로 섭취해야 하며, 단백질 합성에 사용되고 결핍 시 건강 문제를 일으키며, 식품의 단백질 질을 결정하는 중요한 요소이다. -
글루코스 생성성 아미노산 -
글루타민
글루타민은 인체 내 가장 풍부한 아미노산으로 단백질 합성, 에너지 생산, 질소 대사 등 생화학적 과정에 필수적이며 암세포 성장과 관련이 있고, 주로 근육에서 생성되며 의약품 및 건강 보조제로 사용되지만 일부 암 환자에게는 부작용을 일으킬 수 있다. -
글루코스 생성성 아미노산 -
시스테인
시스테인은 설프하이드릴기를 가진 아미노산의 일종으로, 단백질 구성 성분이며 다양한 생물학적 기능을 수행하고 식품, 제약, 퍼스널 케어 산업에서 활용된다. -
질소 대사 -
요소 (화학)
요소는 화학식 CO(NH₂)₂을 가지는 무색무취의 결정성 화합물로, 포유류와 양서류의 소변에 다량 함유되어 있으며, 비료, 목재 패널 제조, 배기가스 저감, 단백질 연구 등 다양한 분야에 사용되고, 1828년 뵐러에 의해 무기물에서 합성된 최초의 유기 화합물이다. -
질소 대사 -
뿌리혹
뿌리혹은 콩과 식물의 뿌리에 형성되어 질소 고정에 관여하는 구조로, 레그헤모글로빈을 통해 미호기성 환경을 조성하며 토양의 질소 영양분 공급에 기여한다.
2. 분류
포도당생성성 아미노산은 포도당신생성 경로를 통해 포도당으로 전환될 수 있는 아미노산이다. 사람의 경우 다음의 아미노산이 포도당생성성 아미노산에 해당한다.
* 알라닌
* 아르기닌
* 아스파라긴
* 아스파르트산
* 시스테인
* 글루탐산
* 글루타민
* 글리신
* 히스티딘
* 메티오닌
* 프롤린
* 세린
* 발린
페닐알라닌, 아이소류신, 트레오닌, 트립토판, 티로신은 포도당생성과 케톤체생성이 모두 가능한 아미노산이다. 반면 류신과 라이신은 케톤체 생성에만 관여하는 케톤체생성성 아미노산이다.
2.1. 포도당생성성 아미노산
사람에서 포도당생성성 아미노산은 다음과 같다.
* 알라닌
* 아르기닌
* 아스파라긴
* 아스파르트산
* 시스테인
* 글루탐산
* 글루타민
* 글리신
* 히스티딘
* 메티오닌
* 프롤린
* 세린
* 발린
다음은 포도당생성성 아미노산의 종류와 해당 아미노산이 포도당신생성에 참여하는 경로이다.
* 피루브산에서 옥살아세트산으로 변환되어 포도당신생성에 들어가는 아미노산:
알라닌
글리신
세린
트레오닌
시스테인
트립토판
* 프로피온산 등에서 석시닐-CoA(호박산 유도체)가 되어 시트르산 회로의 옥살아세트산에서 포도당신생성에 들어가는 아미노산:
아이소류신
메티오닌
발린
* 옥살아세트산이 되어 포도당신생성에 들어가는 아미노산:
아스파라긴산
* α-케토글루타르산이 되어 시트르산 회로의 옥살아세트산에서 포도당신생성에 들어가는 아미노산:
아르기닌
글루탐산
히스티딘
프롤린
* 푸마르산이 되어 시트르산 회로의 옥살아세트산에서 포도당신생성에 들어가는 아미노산:
티로신
페닐알라닌
2.2. 포도당생성 및 케톤체생성 아미노산
페닐알라닌, 아이소류신, 트레오닌, 트립토판, 티로신은 포도당생성과 케톤체생성이 모두 가능한 아미노산이다.
2.3. 케톤체생성 아미노산
류신과 라이신은 포도당으로 전환되지 않고, 케톤체 생성에만 관여하는 케톤체생성성 아미노산이다.
3. 대사 경로
포도당생성성 아미노산은 시트르산 회로(TCA 회로) 중간 대사체나 피루브산으로 전환되어 포도당신생성 경로로 들어간다. 아미노산은 분해 과정을 거쳐 다음과 같은 중간 대사체로 전환된다.
* 피루브산 또는 옥살아세트산
* 석시닐-CoA (호박산 유도체)
* α-케토글루타르산
* 푸마르산
사람에서 포도당생성성 아미노산은 알라닌, 아르기닌, 아스파라긴, 아스파르트산, 시스테인, 글루탐산, 글루타민, 글리신, 히스티딘, 메티오닌, 프롤린, 세린, 발린이다.
페닐알라닌, 아이소류신, 트레오닌, 트립토판, 티로신은 포도당생성과 케톤체생성이 모두 가능하다. 류신과 라이신은 케톤체생성만 가능하다.
3.2. 석시닐-CoA
아이소류신, 메티오닌, 발린은 프로피온산을 거쳐 석시닐-CoA(호박산 유도체)로 전환된다. 석시닐-CoA는 시트르산 회로를 거쳐 옥살아세트산으로 변환되어 포도당신생성에 사용될 수 있다.
3.3. 옥살아세트산
아스파르트산은 직접 옥살아세트산으로 전환된다.
4. 옥살아세트산의 미토콘드리아 내막 통과
옥살아세트산은 미토콘드리아 내막을 직접 통과할 수 없다. 따라서 미토콘드리아에서 세포질로 포스포에놀피루브산을 수송하기 위해서는 말산-아스파르트산 셔틀을 이용해야 한다.
옥살아세트산은 미토콘드리아에서 말산 탈수소 효소에 의해 말산으로 환원된 후 미토콘드리아 내막을 통과한다. 세포질에서는 다시 말산 탈수소 효소에 의해 옥살아세트산으로 산화되고, 최종적으로 포스포에놀피루브산 카복시키나아제(PEPCK)에 의해 포스포에놀피루브산으로 변환된다.
4.1. 말산-아스파르트산 셔틀
옥살아세트산은 그대로는 미토콘드리아 내막을 통과할 수 없으므로, 미토콘드리아에서 세포질로 포스포에놀피루브산을 수송하려면 말산-아스파르트산 셔틀을 거쳐야 한다.
옥살아세트산은 미토콘드리아에서 말산 탈수소 효소에 의해 말산으로 환원되어 미토콘드리아 내막을 통과한다. 세포질에서 다시 말산 탈수소 효소에 의해 옥살아세트산으로 산화된 후, 포스포에놀피루브산 카복시키나아제(PEPCK)에 의해 포스포에놀피루브산으로 변환된다. 이 전체 반응의 깁스 자유 에너지 총합은 ⊿G'゜＝0.9 kJ/mol이다.
미토콘드리아 내에서 일어나는 반응은 다음과 같다.
단계 1: 피루브산 + + ATP → 옥살아세트산 + ADP + Pi
: 피루브산 카복실화 효소가 촉매한다.
단계 2: 옥살아세트산 + NADH + H+ L-말산 + NAD
: 말산 탈수소 효소가 촉매한다.
말산은 말산-아스파르트산 셔틀을 통해 미토콘드리아 내막과 외막을 통과하여 세포질에 도달한다.
세포질에서 일어나는 반응은 다음과 같다.
단계 3: L-말산 + NAD 옥살아세트산 + NADH + H+
: 이 반응도 말산 탈수소 효소가 촉매한다.
단계 4: 옥살아세트산 + GTP → 포스포에놀피루브산 + GDP + CO2
: 포스포에놀피루브산 카복시키나아제가 촉매한다.