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N-폼일메티오닌

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1. 개요

N-폼일메티오닌은 세균에서 단백질 합성을 시작하는 아미노산 잔기로, 폴리펩타이드의 N-말단에 위치한다. 세균은 메티오닌 대신 N-폼일메티오닌을 사용하여 단백질 합성을 시작하며, 진핵생물의 미토콘드리아와 엽록체에서도 단백질 합성을 시작하는 데 사용된다. N-폼일메티오닌은 면역계가 세균과 같은 비자기를 인식하는 데 관여하며, 손상된 조직에서 방출되어 면역 반응을 유도하는 신호로 작용하기도 한다.

N-폼일메티오닌 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
IUPAC 명칭(S)-2-포르밀아미노-4-메틸술파닐부탄산
다른 이름2-포르밀아미노-4-메틸술파닐-부티르산
포르밀메티오닌
N-포르밀(메틸)호모시스테인
약어fMet
식별 정보
CAS 등록번호4289-98-9
ChEBI182822
UNIIPS9357B4XH
EINECS224-322-8
PubChem CID911
ChemSpider ID887
표준 InChI1S/C6H11NO3S/c1-11-3-2-5(6(9)10)7-4-8/h4-5H,2-3H2,1H3,(H,7,8)(H,9,10)
표준 InChIKeyPYUSHNKNPOHWEZ-UHFFFAOYSA-N
SMILESCSCC[C@H](NC=O)C(O)=O
특성
분자식C6H11NO3S
분자량177.22 g/mol
외관해당사항 없음
밀도해당사항 없음
녹는점해당사항 없음
끓는점해당사항 없음
용해도해당사항 없음
위험성
주요 위험해당사항 없음
인화점해당사항 없음
자연 발화점해당사항 없음
GHS (유해성 분류)
신호어경고
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목차

2. 단백질 합성에서의 기능

N-폼일메티오닌(N-formylmethionine, fMet)은 세균, 미토콘드리아, 엽록체에서 단백질 합성을 개시하는 데 중요한 역할을 한다.

많은 생물들이 N-폼일메티오닌을 이용한 단백질 합성 기작을 사용한다.
Methionyl-tRNA formyltransferase영어는 제거한다.

2.1. 번역 과정

N-폼일메티오닌(fMet)은 세균에서 단백질 합성의 시작 잔기이며, 합성되는 폴리펩타이드의 N-말단에 위치한다. N-폼일메티오닌은 mRNA에 위치한 개시코돈인 5'-AUG-3'와 결합할 수 있는 안티코돈인 3'-UAC-5'를 가지고 있는 특이적 tRNA(tRNAfMet)에 의해 30S 리보솜-mRNA 복합체로 전달된다. 따라서 N-폼일메티오닌은 메티오닌과 동일한 코돈에 의해 암호화된다. AUG는 번역 개시코돈이기도 하다. 세균은 개시코돈에 대응하는 아미노산으로 메티오닌 대신 N-폼일메티오닌을 사용하며, 합성되는 펩타이드 사슬에서 첫 번째 아미노산이 된다. 동일한 코돈이 나중에 mRNA에 나타나면, 일반적인 메티오닌이 사용된다.

메티오닌에 폼일기를 첨가하는 반응은 메티오닐-tRNA 폼일트랜스퍼레이스에 의해 촉매된다. 이 과정은 메티오닌이 아미노아실-tRNA 합성효소에 의해 tRNAfMet에 결합된 후에 수행된다. 메티오닌 자체는 tRNAfMet 또는 tRNAMet에 결합할 수 있다. 그러나 트랜스폼일레이스는 메티오닌이 tRNAMet가 아닌 tRNAfMet에 결합되어 있는 경우에만 메티오닌에 폼일기를 첨가하는 반응을 촉매한다.

N-말단의 N-폼일메티오닌은 두 가지 효소 반응에 의해서 숙주 단백질 및 재조합 단백질의 대부분에서 제거된다. 먼저, 펩타이드 디폼일레이스는 N-폼일메티오닌을 탈폼일화하여 메티오닌으로 전환시킨다. 그런 다음 메티오닐 아미노펩티데이스가 사슬로부터 잔기를 제거한다.

사람을 포함한 진핵생물의 미토콘드리아와 식물의 엽록체도 N-폼일메티오닌으로 단백질 합성을 개시한다. 미토콘드리아와 엽록체가 세균과 같이 N-폼일메티오닌으로 단백질 합성을 개시한다는 점은 세포 내 공생설을 뒷받침하는 증거이다.

2.2. 번역 후 변형

N-폼일메티오닌은 세균에서 단백질 합성의 시작 잔기이며, 합성되는 폴리펩타이드의 N-말단에 위치한다. N-폼일메티오닌은 메티오닐-tRNA 폼일트랜스퍼레이스에 의해 메티오닌에 폼일기가 첨가된 것이다. 이러한 변형은 메티오닌이 아미노아실-tRNA 합성효소에 의해 tRNAfMet에 결합된 후에 수행된다.

N-말단의 N-폼일메티오닌은 두 가지 효소 반응을 거쳐 제거된다. 먼저, 펩타이드 디폼일레이스는 N-폼일메티오닌을 탈폼일화하여 메티오닌으로 전환시킨다. 그런 다음 메티오닐 아미노펩티데이스가 사슬로부터 잔기를 제거한다.

사람을 포함한 진핵생물의 미토콘드리아와 식물의 엽록체도 N-폼일메티오닌으로 단백질 합성을 개시한다. 이는 세포 내 공생설을 뒷받침하는 증거이다.

2.3. 세포 내 공생설과의 관련성

진핵생물의 미토콘드리아와 식물의 엽록체도 N-폼일메티오닌으로 단백질 합성을 시작한다. 미토콘드리아와 엽록체가 세균과 같이 N-폼일메티오닌으로 단백질 합성을 개시한다는 점은 세포 내 공생설을 뒷받침하는 증거이다.

3. 면역학적 의의

N-폼일메티오닌(fMet)을 포함하는 올리고펩타이드와 단백질은 선천 면역계의 일부로서, 급성 염증 반응을 개시하거나 억제하고 해결하는 역할을 한다. 또한, 다른 생리학적, 병리학적 반응에도 관여한다.

3.1. 자기-비자기 인식

N-폼일메티오닌은 세균이 생성하는 단백질에는 존재하지만, 진핵생물이 생성하는 단백질에는 (세균 유래의 세포 소기관을 제외하고) 존재하지 않기 때문에, 면역계는 이를 자가와 비자기를 구별하는 데 사용할 수 있다. 다형핵 백혈구는 N-폼일메티오닌으로 시작하는 단백질에 결합할 수 있으며, 이를 사용하여 순환하는 혈액 백혈구의 유인(attraction)을 시작하고, 그 후 식균작용과 같은 미생물 살상 활동을 자극할 수 있다.

N-폼일메티오닌은 미토콘드리아와 엽록체가 생성하는 단백질에도 존재하기 때문에, 최근 이론에서는 면역계가 자가와 비자기를 구별하는 데 사용할 수 있는 분자로 보지 않는다. 대신, N-폼일메티오닌을 포함하는 올리고펩타이드와 단백질은 손상된 조직의 미토콘드리아뿐만 아니라 손상된 세균에서도 방출되는 것으로 보이며, 따라서 면역의 위험 모델에서 논의된 바와 같이 "경고" 신호로 간주될 수 있다. 전형적인 N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드는 N-폼일메티오닌-류실-페닐알라닌(FMLP)이며, 이는 백혈구 및 다른 세포 유형이 이 세포의 폼일 펩타이드 수용체 1(FPR1) 및 폼일 펩타이드 수용체 2(FPR2) G 단백질 연결 수용체에 결합하여 활성화된다 (폼일 펩타이드 수용체 3 참조). 이러한 수용체를 통해 작용하는 N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드 및 단백질은 선천 면역계의 일부이며, 급성 염증 반응을 시작하는 기능을 하지만, 다른 조건에서는 이러한 반응을 억제하고 해결하는 기능을 한다. N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드와 단백질은 다른 생리적 및 병리학적 반응에서도 작용한다.

3.2. 위험 모델

N-폼일메티오닌은 세균이 생성하는 단백질에는 존재하지만, 진핵생물이 생성하는 단백질에는 (세균 유래의 세포 소기관을 제외하고) 존재하지 않기 때문에, 면역계는 이를 자가와 비자신을 구별하는 데 사용할 수 있다. 다형핵 백혈구는 N-폼일메티오닌으로 시작하는 단백질에 결합할 수 있으며, 이를 사용하여 순환하는 혈액 백혈구의 유인(attraction)을 시작하고, 그 후 탐식작용과 같은 미생물 살상 활동을 자극할 수 있다.

N-폼일메티오닌은 미토콘드리아와 엽록체가 생성하는 단백질에도 존재하기 때문에, 최근 이론에서는 면역계가 자가와 비자신을 구별하는 데 사용할 수 있는 분자로 보지 않는다. 대신, N-폼일메티오닌을 포함하는 올리고펩타이드와 단백질은 손상된 조직의 미토콘드리아뿐만 아니라 손상된 세균에서도 방출되는 것으로 보이며, 따라서 면역의 위험 모델에서 논의된 바와 같이 "경고" 신호로 간주될 수 있다. 전형적인 N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드는 N-포르밀메티오닌-류실-페닐알라닌 (FMLP)이며, 이는 백혈구 및 다른 세포 유형이 이 세포의 포르밀 펩타이드 수용체 1 (FPR1) 및 포르밀 펩타이드 수용체 2 (FPR2) G 단백질 연결 수용체에 결합하여 활성화된다 (포르밀 펩타이드 수용체 3 참조). 이러한 수용체를 통해 작용하는 N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드 및 단백질은 선천 면역계의 일부이며, 급성 염증 반응을 시작하는 기능을 하지만, 다른 조건에서는 이러한 반응을 억제하고 해결하는 기능을 한다. N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드와 단백질은 다른 생리적 및 병리학적 반응에서도 작용한다.

3.3. 폼일 펩타이드 수용체 (FPR)

N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드와 단백질은 포르밀 펩타이드 수용체 1(FPR1), 포르밀 펩타이드 수용체 2(FPR2), 포르밀 펩타이드 수용체 3(FPR3)에 결합하여 백혈구 등 세포를 활성화시킨다. 이 수용체들을 통해 작용하는 N-폼일메티오닌 함유 올리고펩타이드와 단백질은 선천성 면역 체계의 일부로, 급성 염증 반응을 일으키지만, 다른 조건에서는 이 반응을 억제하고 해결하기도 한다. 또한, 다른 생리학적, 병리학적 반응에도 작용한다.