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산소화효소

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목차

1. 개요

산소화효소는 기질에 산소를 첨가하는 효소로, 1955년 하야이시 오사무와 하워드 S. 메이슨에 의해 동시에 발견되었다. 금속 또는 유기 보조 인자를 포함하며, 모노옥시제네이스와 디옥시제네이스 두 가지 유형으로 분류된다. 모노옥시제네이스는 하나의 산소 원자를 기질에 전달하고, 디옥시제네이스는 두 개의 산소 원자를 모두 반응 생성물에 포함시킨다. 생체 내에서 방향족 아미노산 분해, 프로스타글란딘 합성 등 다양한 역할을 수행한다.

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산소화효소
기본 정보
명칭산소첨가효소 (酸素添加酵素)
영어 명칭Oxygenase
일본어 명칭酸素添加酵素 (さんそてんかこうそ)
설명산소 분자를 기질에 첨가하는 효소
분류
기능산화환원효소의 하위 분류
산소화 반응 촉매
EC 번호1.13, 1.14
작용 메커니즘
반응 유형단일 산소 원자 첨가 (모노옥시제네이스)
두 산소 원자 모두 첨가 (다이옥시제네이스)
보조 인자헴
플라빈
구리
알파-케토글루타레이트
예시
다이옥시제네이스헤모글로빈
헤모글로빈 산소화효소
루시퍼레이스
모노옥시제네이스사이토크롬 P450
도파민 베타-모노옥시제네이스

2. 역사

산소화효소는 1955년 일본의 하야이시 오사무[4][5][6]와 미국의 하워드 S. 메이슨[7][8] 두 연구진에 의해 동시에 발견되었다. 하야이시 오사무는 "산소화효소의 발견과 구조 및 생물학적 중요성 규명에 기여한 공로"를 인정받아 1986년 울프 의학상을 수상했다.[9]

3. 구조

산소화효소는 대부분 금속(주로 철) 또는 유기 보조 인자(주로 플라빈)를 포함한다. 이러한 보조 인자는 O2와 상호 작용하여 기질로 전달되는 역할을 한다.[1]

또한, 산소화효소는 세포 내에서 철과 일산화 탄소의 주요 공급원으로 작용하기도 한다.[2]

4. 종류 및 메커니즘

산소화효소는 작용 메커니즘에 따라 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있다.


  • 모노옥시제네이스 또는 혼합 기능 산화 효소: 분자 산소(O2)의 두 산소 원자 중 하나는 기질로 전달하고, 다른 하나는 물(H2O) 분자로 환원시킨다.
  • 디옥시제네이스 또는 산소 전달 효소: 분자 산소(O2)의 두 산소 원자 모두를 기질에 결합시킨다.[3]

4. 1. 모노옥시제네이스 (혼합 기능 산화 효소)

모노옥시제네이스 또는 혼합 기능 산화 효소는 하나의 산소 원자를 기질로 전달하고, 다른 산소 원자는 물로 환원시키는 효소이다. 이는 반응 생성물에 분자 산소(O2)의 두 원자를 모두 포함시키는 디옥시제네이스와 구분된다.[3]

가장 흔한 모노옥시제네이스 중 하나는 사이토크롬 P450 산화 효소로, 이는 신체 내에서 수많은 화학 물질을 분해하는 중요한 역할을 한다.

또한, 방향족 아미노산인 페닐알라닌, 티로신, 트립토판의 전이 및 분해 과정에서 벤젠 고리를 분리하는 페닐알라닌 하이드록실화효소 역시 모노옥시제네이스의 한 예이다. 이 효소가 제 기능을 하기 위해서는 보조 인자인 테트라하이드로비오프테린이 반드시 필요하다. 테트라하이드로비오프테린은 반응에 참여한 후 퀴노노이드디하이드로비오프테린 형태로 변환되는데, 이는 NAD+를 매개체로 하는 다이하이드로프테린 환원효소에 의해 다시 테트라하이드로비오프테린으로 환원되어 효소 반응에 재사용될 수 있다.

4. 2. 디옥시제네이스 (산소 전달 효소)

디옥시제네이스 또는 산소 전달 효소는 반응 생성물에 분자 산소(O2)의 두 원자를 모두 포함시키는 효소이다.[3] 예를 들어, 사이클로옥시제네이스(cyclooxygenase)는 아라키돈산에 2분자의 산소를 도입하여 염증 반응을 매개하는 프로스타글란딘 합성을 촉매한다.

5. 생체 내 역할

산소화효소는 생체 내에서 다양한 중요한 반응에 관여한다. 대표적인 예로 염증 반응을 조절하는 프로스타글란딘 합성에 관여하는 사이클로옥시제네이스(cyclooxygenase)가 있다. 이 효소는 아라키돈산에 2분자의 산소를 도입하여 프로스타글란딘을 만드는 첫 단계를 촉매한다. 또한, 방향족 아미노산인 페닐알라닌, 티로신, 트립토판을 분해할 때 벤젠 고리를 분리하는 페닐알라닌 하이드록실화효소 역시 산소화효소의 일종이다.

5. 1. 방향족 아미노산 분해

방향족 아미노산인 페닐알라닌, 티로신, 트립토판이 분해될 때 벤젠 고리를 분리하는 과정에는 산소화효소의 한 종류인 페닐알라닌 하이드록실화효소가 관여한다. 이 효소가 작용하기 위해서는 보조 인자인 테트라하이드로비오프테린이 필요하다. 반응이 진행된 후 테트라하이드로비오프테린은 퀴노노이드디하이드로비오프테린으로 변화하지만, NAD+를 매개체로 하여 다이하이드로프테린 환원효소에 의해 다시 테트라하이드로비오프테린으로 환원되어 재사용될 수 있다.

5. 2. 프로스타글란딘 합성

사이클로옥시제네이스 (cyclooxygenase)는 염증 반응을 매개하는 프로스타글란딘 합성의 첫 번째 단계를 촉매하는 산화효소이다. 이 효소는 아라키돈산에 두 분자의 산소를 도입하여 프로스타글란딘을 합성한다. 사이클로옥시제네이스에는 두 가지 주요 유형이 있다. 제1형(COX-1)은 대부분의 조직에 항상 존재하며 기본적인 생리 기능을 유지하는 데 관여한다. 반면, 제2형(COX-2)은 주로 염증 부위에서 유도되어 발현하며 염증 반응에 중요한 역할을 한다.

참조

[1] 논문 Cofactor-independent oxidases and oxygenases
[2] 논문 Heme oxygenase-1/carbon monoxide: from basic science to therapeutic applications. Department of Medicine, Division of Pulmonary, Allergy, and Critical Care Medicine, The University of Pittsburgh School of Medicine 2006-04
[3] 논문 Dioxygenase enzymes: catalytic mechanisms and chemical models
[4] 논문 Mechanism of the pyrocatechase reaction 1955
[5] 논문 Thirty years of microbial P450 monooxygenase research: peroxo-heme intermediates--the central bus station in heme oxygenase catalysis
[6] 논문 An odyssey with oxygen
[7] 논문 Oxygen transfer and electron transport by the phenolase complex
[8] 논문 Professor Howard Mason and oxygen activation
[9] 웹사이트 The Medicine Prize Committee unanimously decided that the Wolf Prize in Medicine for 1986 be awarded to Osamu Hayaishi http://www.wolffund.[...] Wolf Foundation 2014-05-12
[10] 논문 Mechanism of the pyrocatechase reaction 1955
[11] 논문 Thirty years of microbial P450 monooxygenase research: peroxo-heme intermediates--the central bus station in heme oxygenase catalysis
[12] 논문 An odyssey with oxygen
[13] 논문 Oxygen transfer and electron transport by the phenolase complex 1955
[14] 논문 Professor Howard Mason and oxygen activation
[15] 웹사이트 The Medicine Prize Committee unanimously decided that the Wolf Prize in Medicine for 1986 be awarded to Osamu Hayaishi http://www.wolffund.[...] Wolf Foundation 2014-05-12


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