1,3-비스포스포글리세르산
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1. 개요
1,3-비스포스포글리세르산은 글리세린 유도체로, 1번과 3번 탄소에서 인산화된 화합물이다. 해당과정 및 캘빈 회로의 대사 중간 생성물이며, 고에너지 인산 결합을 통해 ATP 생성에 기여한다. 적혈구에서는 2,3-비스포스포글리세르산의 생성에 관여하여 헤모글로빈의 산소 방출을 돕고, 저산소 환경에서는 그 농도가 증가하여 산소 운반을 조절하는 역할을 한다.
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| 1,3-비스포스포글리세르산 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| IUPAC 이름 | (2-하이드록시-3-포스포노옥시-프로파노일옥시)포스폰산 |
| 다른 이름 | 1,3-다이포스포글리세르산 글리세르산-1,3-비스포스페이트 글리세르산-1,3-바이포스페이트 1,3-바이포스포글리세르산 3-포스포글리세로일 포스페이트 글리세르산-1,3-다이포스페이트 |
| 약칭 | 1,3BPG 1,3-BPG PGAP |
| PubChem | 683 |
| ChemSpider ID | 663 |
| InChI | 1/C3H8O10P2/c4-2(1-12-14(6,7)8)3(5)13-15(9,10)11/h2,4H,1H2,(H2,6,7,8)(H2,9,10,11) |
| InChIKey | LJQLQCAXBUHEAZ-UHFFFAOYAI |
| SMILES | O=C(OP(=O)(O)O)C(O)COP(=O)(O)O |
| 표준 InChI | 1S/C3H8O10P2/c4-2(1-12-14(6,7)8)3(5)13-15(9,10)11/h2,4H,1H2,(H2,6,7,8)(H2,9,10,11) |
| 표준 InChIKey | LJQLQCAXBUHEAZ-UHFFFAOYSA-N |
| CAS 등록번호 | 1981-49-3 |
| 속성 | |
| 분자식 | C3H8O10P2 |
| 몰 질량 | 266.037 |
2. 생물학적 구조와 역할
1,3-비스포스포글리세르산(1,3-BPG)은 글리세르산의 유도체로, 1번과 3번 탄소에 인산기가 결합된 형태이다. 이 인산화는 1,3-BPG에 고에너지 특성을 부여하여 ADP를 인산화해 ATP를 생성하는 반응에서 중요한 역할을 한다.
1,3-BPG는 해당과정과 캘빈 회로에서 중요한 대사 중간생성물이다. 또한 적혈구에서는 헤모글로빈의 산소 운반 능력을 조절하는 2,3-비스포스포글리세르산(2,3-BPG) 생성에 관여한다.
2. 1. 해당과정에서
1,3-비스포스포글리세르산(1,3-BPG)은 해당과정의 대사 중간생성물로, 글리세르알데하이드 3-인산 탈수소효소에 의해 글리세르알데하이드 3-인산(G3P)으로부터 생성된다. 이 과정에서 NAD+는 NADH로 환원되며, 이는 G3P의 알데하이드기가 카복시기로 산화되면서 아실 인산 결합이 형성되기 때문이다.
이후 1,3-BPG는 포스포글리세르산 키네이스에 의해 3-포스포글리세르산(3PG)으로 전환되며, 이 때 ADP는 ATP로 인산화된다. 1,3-BPG의 고에너지 아실 인산 결합은 ATP 형성에 중요한 역할을 하며, 이 반응은 낮은 ΔG 값을 가져 가역적이다.
해당과정에서 포도당 1분자당 2분자의 1,3-BPG가 생성되므로, 총 2분자의 ATP가 생성된다. 해당과정은 에너지 투자기에서 2분자의 ATP를 소비하지만, 에너지 회수기에서 4분자의 ATP를 생성하여 결과적으로 2분자의 ATP가 순생산된다. 이 과정에서 생성된 2분자의 NADH는 산화적 인산화 과정을 통해 추가적인 ATP 생성에 기여한다.
2. 2. 캘빈 회로에서
캘빈 회로에서 1,3-비스포스포글리세르산(1,3BPG)은 해당과정과 비슷한 역할을 한다. 가장 큰 차이점은 캘빈 회로에서는 NADPH가 전자공여체로 사용되고, 해당과정에서는 NAD+가 전자수용체로 사용된다는 것이다. 캘빈 회로에서 1,3-비스포스포글리세르산은 3-포스포글리세르산(3PG)으로부터 생성되며, 글리세르알데하이드 3-인산 탈수소효소에 의해 글리세르알데하이드 3-인산(G3P)으로 전환된다.해당과정과 달리 캘빈 회로에서 1,3-비스포스포글리세르산이 생성되는 반응에서는 ATP를 생성하지 않고 소비한다. 이러한 이유로 3-포스포글리세르산 키네이스에 의해 촉매되는 단계는 캘빈 회로에서 비가역적인 단계로 간주될 수 있다. 캘빈 회로에서 글리세르알데하이드 3-인산 탈수소효소의 촉매 결과 1,3-비스포스포글리세르산에서 무기 인산(Pi)이 제거되고, NADPH가 NADP+로 전환된다.
2. 3. 산소 운반 과정에서
사람의 정상적인 대사 과정에서 생성된 1,3-비스포스포글리세르산(1,3BPG)의 약 20%는 해당과정으로 대사되지 않고, 적혈구에서 ATP 감소를 포함하는 대체 경로로 분지된다. 이 과정에서 2,3-비스포스포글리세르산(2,3BPG)이 생성되는데, 이는 헤모글로빈에서 산소를 효율적으로 방출시키는 메커니즘에 사용된다.1,3-비스포스포글리세르산의 수준은 산소 농도가 낮을 때 증가하는 순응 메커니즘의 하나이다. 낮은 산소 수준은 1,3-비스포스포글리세르산 수준을 높여 2,3-비스포스포글리세르산의 생성을 촉진하고, 이는 헤모글로빈으로부터 산소 해리 효율을 변화시킨다. 1,3-비스포스포글리세르산과 2,3-비스포스포글리세르산은 서로 음의 피드백 관계를 가진다.
3. 2,3-BPG와의 관계
사람의 정상적인 대사에서 약 20%의 1,3-비스포스포글리세르산(1,3-BPG)는 해당 과정에 들어가지 않고, 대신 적혈구에서 ATP를 환원시키는 경로 등에 사용된다. 이 경로는 1,3-BPG가 2,3-비스포스포글리세린산(2,3-BPG)이라는 매우 유사한 화합물로 변환되는 과정을 포함한다. 2,3-BPG는 헤모글로빈에서 효율적으로 산소를 제거할 수 있다. 1,3-BPG의 혈중 농도는 저산소증 환자에서 증가하는데, 이는 고지 순응 메커니즘이기도 하다. 낮은 농도의 산소가 1,3-BPG의 농도 상승을 유발하고, 이는 다시 2,3-BPG의 농도 상승으로 이어져, 2,3-BPG는 헤모글로빈으로부터 산소를 분리한다. 이들은 음의 피드백 관계를 가진다.
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