퓨린 대사

3. 분해

퓨린은 여러 효소들에 의해 분해된다. 음식에서 유래된 퓨린도 여러 효소에 의해 분해된다.

3. 1. GMP의 분해

3. 2. AMP의 분해

4. 퓨린 뉴클레오타이드 생합성의 조절

포스포리보실 피로인산(PRPP)이 아미도포스포리보실트랜스퍼레이스(글루타민-PRPP 아미도트랜스퍼레이스)에 의해 포스포리보실아민으로 전환되는 단계는 퓨린 생합성의 주요 조절 지점이다.^[1] 아미도포스포리보실트랜스퍼레이스는 다른 자리 입체성 조절 효소이며, IMP, GMP, AMP는 이 효소의 저해제이고, 포스포리보실 피로인산(PRPP)은 활성제이다.^[1]

글루타민과 PRPP로부터 아미도포스포리보실트랜스퍼라제에 의해 촉매되는 5'-포스포리보실아민의 형성은 퓨린 합성에 대한 조절 지점이다.^[2] 이 효소는 알로스테릭 효소이므로, 고농도의 IMP, GMP 및 AMP로 전환될 수 있으며, 이들은 효소에 결합하여 억제 효과를 발휘하는 반면, 많은 양의 PRPP는 효소에 결합하여 활성화를 유발한다.^[2] IMP, GMP 및 AMP는 억제제인 반면 PRPP는 활성제이다.^[2] 5'-포스포리보실, 아미노이미다졸 및 IMP의 형성 사이에는 알려진 조절 단계가 없다.^[2]

포스포리보실 이인산(PRPP)의 합성은 조절점으로 중요하며, 이를 촉매하는 PRPP 합성효소의 활성은 퓨린 리보뉴클레오티드에 의해 음성적으로 조절된다.^[3] 단, PRPP는 피리미딘 대사나 구조 경로에도 이용되는 대사 중간체이며, PRPP 합성효소 자체는 퓨린 생합성의 첫 번째 효소가 아니다.^[3]

5. 회수 경로

세포 내 핵산의 전환 또는 음식물 섭취를 통해 생성된 퓨린은 회수되어 새로운 뉴클레오타이드 합성에 재사용될 수 있다.

• 아데닌 포스포리보실트랜스퍼레이스(APRT)는 아데닌을 회수하여 아데노신 일인산(AMP)을 생성한다.
• 하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스(HGPRT)는 구아닌과 하이포잔틴을 회수한다.^[12] 하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스의 유전적 결핍은 레쉬-니한 증후군을 일으킨다.^[3]

6. 대사 이상

퓨린 대사에 관여하는 유전자에 이상이 생기면 다양한 유전 질환이 발생할 수 있다. 퓨린 대사 이상은 DNA와 RNA에 삽입될 수 있는 유해한 뉴클레오사이드 삼인산으로부터 발생하여 유전 정보의 불균형을 초래할 수 있으며, 이는 유전적 장애와 변이를 일으켜 여러 질병을 유발할 수 있다.

6. 1. 퓨린 대사 이상 관련 질환

• 아데노신 탈아미노효소의 소실에 의한 중증 면역결핍증^[4]
• 하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스의 소실에 의한 고요산혈증 및 레쉬-니한 증후군^[4]
• IMP 탈수소효소와 같은 효소의 활성이 증가함에 따라 다른 종류의 암 발생^[4]

7. 약물 요법

퓨린 대사의 조절은 약물 치료에 활용될 수 있다. 퓨린 합성 저해제는 세포, 특히 백혈구의 증식을 억제한다. 아자티오프린은 장기 이식, 자가면역 질환 (예: 류마티스 관절염), 크론병, 궤양성 대장염과 같은 염증성 장 질환에 사용되는 면역억제제이다. 마이코페놀레이트 모페틸은 장기 이식 시 거부 반응을 예방하는 데 사용되는 면역억제제이며, 이노신 일인산 탈수소효소(IMPDH)를 차단하여 퓨린 합성을 억제한다.^[5] 메토트렉세이트는 엽산 대사를 차단하여 간접적으로 퓨린 합성을 억제하는 디히드로폴산 환원효소 억제제이다. 알로푸리놀은 잔틴 산화환원효소를 억제하여 체내 요산 수치를 낮추는 약물로, 통풍 치료에 유용하다.

7. 1. 퓨린 대사 관련 약물

8. 생명 기원 전 퓨린 리보뉴클레오사이드 합성

생명이 어떻게 발생했는지 이해하려면, 그럴듯한 생명 기원 전 조건에서 생명의 핵심 구성 요소를 형성할 수 있는 화학적 경로에 대한 지식이 필요하다. Nam 등^[6]은 퓨린 및 피리미딘 뉴클레오베이스가 리보스와 직접적으로 축합하여 수성 미세 액적에서 리보뉴클레오사이드를 생성한다는 것을 입증했는데, 이는 RNA 형성을 이끄는 핵심 단계이다. 또한, Becker 등^[7]은 퓨린 리보뉴클레오사이드 합성을 위한 그럴듯한 생명 기원 전 과정을 제시했다.

9. 생명의 세 영역에서의 퓨린 생합성

진핵생물, 세균, 고세균은 모두 퓨린을 ''de novo'' 생합성할 수 있다. 이는 생명체에게 퓨린이 필수적임을 보여준다. 진핵생물과 세균의 생합성 경로는 매우 유사하지만, 고세균은 더 다양한 경로를 가진다.^[8]

연구된 고세균 종의 퓨린 생합성 능력은 다음과 같다.

퓨린을 합성할 수 없는 고세균은 성장을 위해 외부에서 퓨린을 얻는 것으로 보이며,^[1] 이는 외부 퓨린이 있어야 성장 가능한 자낭균 곰팡이 ''Neurospora crassa''의 퓨린 돌연변이체와 유사하다.^[9]

참조

_[1] 논문 Substrate specificity of glycinamide ribonucleotide synthetase from chicken liver 1996-04-01
_[2] 서적 Biochemistry Cengage Learning 2016
_[3] 논문 Establishment of correlation between in-silico and in-vitro test analysis against Leishmania HGPRT to inhibitors 2016-02-01
_[4] 논문 Defects in purine nucleotide metabolism lead to substantial incorporation of xanthine and hypoxanthine into DNA and RNA 2012-02-01
_[5] 웹사이트 Mycophenolate Monograph for Professionals https://www.drugs.co[...] 2019-10-28
_[6] 논문 Abiotic synthesis of purine and pyrimidine ribonucleosides in aqueous microdroplets 2018-01-01
_[7] 논문 A high-yielding, strictly regioselective prebiotic purine nucleoside formation pathway 2016-05-01
_[8] 논문 Purine biosynthesis in archaea: variations on a theme 2011-12-01
_[9] 논문 Imidazole compounds accumulated by purine mutants of ''Neurospora crassa'' 1961-01-01
_[10] 저널 Substrate specificity of glycinamide ribonucleotide synthetase from chicken liver 1996-04-05
_[11] 서적 Biochemistry 2016-02-11
_[12] 저널 Establishment of Correlation between In-Silico &In-Vitro Test Analysis against Leishmania HGPRT to inhibitors 2015-11-01
_[13] 저널 Defects in purine nucleotide metabolism lead to substantial incorporation of xanthine and hypoxanthine into DNA and RNA "2012"