싸이올레이스는 진화적으로 관련된 효소의 일종으로, 진핵생물과 원핵생물 모두에서 발견된다. 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스와 3-케토아실-CoA 싸이올레이스 두 가지 유형이 있으며, 기질 특이성에 따라 지방산 베타 산화, 폴리 베타-하이드록시부티레이트 합성, 스테로이드 생합성 등 다양한 대사 경로에 관여한다. 싸이올레이스는 EC 번호에 따라 여러 종류로 분류되며, 각기 다른 이름과 세포 내 분포를 보인다. 또한, 싸이올레이스는 메커니즘상 CoA-SH 기를 활용하여 싸이오에스터를 형성하며, 2단계 핑퐁 메커니즘을 통해 반응을 촉매한다. 싸이올레이스 슈퍼패밀리 효소는 이합체 또는 사합체 구조를 가지며, 생물학적으로 지방산, 스테로이드, 폴리케타이드 합성과 같은 주요 효소 경로에서 중요한 역할을 수행한다. 미토콘드리아 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스 결핍증과 같은 질병과 관련이 있으며, 베타 산화의 마지막 단계인 싸이올리시스 과정에도 관여한다.
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생화학 - 부패 부패는 미생물에 의한 유기체의 사후 분해 과정으로, 악취 물질 생성, 시신 외형 변화를 동반하며 환경적·내적 요인에 따라 속도가 달라지고 법의학 등에서 연구된다.
생화학 - 광합성 광합성은 생물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하고 산소를 방출하는 과정으로, 엽록체 내 틸라코이드 막에서 일어나는 명반응과 스트로마에서 일어나는 암반응으로 구성되며, 환경에 따라 탄소 농축 메커니즘을 통해 효율을 높이기도 하고, 지구 대기의 산소를 생성하는 주요 원천이다.
싸이올레이스는 진화적으로 관련된 단백질 패밀리의 효소이다. 진핵생물과 원핵생물 모두에서 두 가지 유형의 싸이올레이스[4][5][6]가 발견된다: 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스와 3-케토아실-CoA 싸이올레이스이다. 3-케토아실-CoA 싸이올레이스(싸이올레이스 I이라고도 함)는 기질에 대한 광범위한 사슬 길이 특이성을 가지며 지방산 베타 산화와 같은 분해 경로에 관여한다. 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스(싸이올레이스 II라고도 함)는 아세토아세틸-CoA의 티올 분해에 특이적이며 폴리 베타-하이드록시부티레이트 합성 또는 스테로이드 생합성과 같은 생합성 경로에 관여한다.
진핵생물에는 3-케토아실-CoA 싸이올레이스가 두 가지 형태가 있는데, 하나는 미토콘드리아에 위치하고 다른 하나는 페록시솜에 위치한다.
싸이올레이스 활성에 중요한 두 개의 보존된 시스테인 잔기가 있다. 효소의 N-말단 부분에 위치한 첫 번째는 아실-효소 중간체의 형성에 관여하고, C-말단 끝에 위치한 두 번째는 축합 반응에서 탈양성자화에 관여하는 활성 부위 염기이다.
메르캅토(sulfanyl, 화학식 -HS)인 CoA-SH 기가 싸이올레이스와 함께 관여한다.
싸이올레이스와 메르캅토기 (베타 산화의 4번째 단계)
싸이올레이스는 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스(EC 2.3.1.9)와 3-케토아실-CoA 싸이올레이스(EC 2.3.1.16)의 두 가지 유형으로 발견된다. 3-케토아실-CoA 싸이올레이스(싸이올레이스 I)는 지방산 베타 산화와 같은 분해 경로에 관여하고, 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스(싸이올레이스 II)는 아세토아세틸-CoA의 티올 분해에 특이적이며 생합성 경로에 관여한다.[4][5][6]
진핵생물에는 두 가지 형태의 3-케토아실-CoA 싸이올레이스가 있는데, 하나는 미토콘드리아에, 다른 하나는 페록시솜에 위치한다.
싸이올레이스 활성에 중요한 두 개의 보존된 시스테인 잔기가 있다. 효소의 N-말단 부분에 위치한 첫 번째는 아실-효소 중간체의 형성에 관여하고, C-말단 끝에 위치한 두 번째는 축합 반응에서 탈양성자화에 관여하는 활성 부위 염기이다.
싸이오에스터는 산소 에스터보다 반응성이 높으며 지방산 대사에서 흔한 중간체이다.[7]
모든 싸이올레이스는 3-케토아실-CoA의 분해를 촉매하여 아세틸-CoA와 단축된 아실-CoA 종을 형성하는 것을 선호하지만, 역 클라이젠 축합 반응도 촉매할 수 있다. 싸이올레이스 반응은 두 단계로 발생하고 핑퐁 역학을 따른다.[8] 분해 반응과 생합성 반응의 첫 번째 단계에서 친핵성 Cys89가 아실-CoA(또는 3-케토아실-CoA) 기질을 공격하여 공유 아실-효소 중간체를 형성한다.[9] 두 번째 단계에서 CoA(분해 반응) 또는 아세틸-CoA(생합성 반응)를 아실-효소 중간체에 첨가하면 효소에서 생성물이 방출된다.[10]
5. 구조
대부분의 싸이올레이스 슈퍼패밀리 효소는 이합체이다. 하지만 단량체는 관찰되지 않았다. 사합체는 싸이올레이스 서브패밀리에서만 관찰되며, 이러한 경우 이합체가 사합체가 되도록 이량체화되었다. ''조글로에아 라미게라'' 유래의 사합체 생합성 싸이올레이스의 결정 구조는 분해능으로 결정되었다. 이 구조는 뚜렷하고 새로운 '케이지형' 사합체화 모티프를 포함하며, 이를 통해 두 개의 튼튼한 이합체가 서로에 대해 힌지 운동을 할 수 있다. 효소 사합체는 Cys89에서 아세틸화되며 각 활성 부위 포켓에 CoA 분자가 결합되어 있다.
6. 생물학적 기능
진핵 세포, 특히 포유류 세포에서 싸이올레이스는 대사 기능 및 기질 특이성과 관련하여 세포 내 위치에서 다양성을 나타낸다. 예를 들어 과산화소체와 미토콘드리아에서 지방산 β-산화, 미토콘드리아에서 케톤체 대사,[13] 과산화소체와 세포질에서 메발론산 경로의 초기 단계에 기여한다.[14] 생화학적 연구 외에도 유전 질환 분석을 통해 기능의 기초를 명확히 밝혀냈다.[15] 유전 연구를 통해 효모 ''열대 칸디다''(Candida tropicalis)에서 과산화소체와 세포질에 싸이올레이스 활성을 갖는 3개의 싸이올레이스 시스템이 확인되었으며, 여기서 베타 산화와 메발론산 경로에 각각 참여할 수 있다.[16][17] 싸이올레이스는 지방산, 스테로이드, 폴리케타이드 합성과 같은 주요 효소 경로에서 중심적인 중요성을 갖는다. 구조 생물학에 대한 상세한 이해는 이러한 효소의 유전적 결핍으로 인한 질병에 대한 더 나은 이해와 새로운 항생제 개발 등과 같은 의학적 측면에서 매우 중요하다.[18] 생물학적 및 의학적으로 관련된 천연물의 합성을 위해 폴리케타이드 합성 효소의 복잡한 촉매적 다재다능함을 활용하는 것 또한 이 상위 계열 효소 연구의 중요한 미래 전망이다.[19]
7. 질병 관련성
미토콘드리아 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스 결핍증은 이전에는 β-케토싸이올레이스 결핍증으로 알려졌으며,[20]선천성 대사 이상의 일종으로 아이소류신 이화작용과 케톤체 대사에 관련되어 있다. 이 질환의 주요 임상 증상은 간헐적인 케토산증이지만, 장기적인 임상 결과는 비교적 양호한 편이며, 자세히 기록되어 있지는 않다. 미토콘드리아 아세토아세틸-CoA 싸이올레이스 결핍증은 소변 유기산 분석을 통해 쉽게 진단할 수 있으며, 배양된 피부 섬유아세포나 혈액 백혈구의 효소 분석으로 확진할 수 있다.[21]
β-케토싸이올레이스 결핍증은 다양한 양상으로 나타난다. 대부분의 환자는 생후 5~24개월 사이에 심각한 케토산증 증세를 보인다. 이러한 증상은 식이 단백질 섭취, 감염, 또는 발열에 의해 유발될 수 있으며, 구토, 탈수, 케토산증으로 이어진다.[22]중성구 감소증, 혈소판 감소증, 경미한 고암모니아혈증이 동반될 수 있다. 혈당은 대개 정상이지만, 급성기에는 낮거나 높을 수 있다.[23] 첫 번째 급성 증상이 나타나기 전에도 발달 지연이 나타날 수 있으며, 뇌 MRI 검사에서 양측 선조체의 괴사가 관찰되기도 한다. 바닥핵.
8. 베타 산화
지질대사에서 아세틸-CoA를 생성하는 베타산화의 마지막 단계이며 싸이올분해(thiolysis)에 해당한다. β산화 각 주기에서는 아실-CoA가 탄소 원자 두 개씩 짧아지고, FADH2와 NADH, 아세틸-CoA 각각 한 분자가 생성된다. 메르캅토(sulfanyl, 화학식 -HS)인 CoA-SH 기가 싸이올레이스와 함께 관여한다.
진핵 세포, 특히 포유류 세포에서 싸이올레이스는 대사 기능 및 기질 특이성과 관련하여 세포 내 위치에서 다양성을 나타낸다. 예를 들어, 과산화소체와 미토콘드리아에서 지방산 β-산화, 미토콘드리아에서 케톤체 대사,[13] 과산화소체와 세포질에서 메발론산 경로의 초기 단계에 기여한다.[14] 생화학적 연구 외에도 유전 질환 분석을 통해 기능의 기초를 명확히 밝혀냈다.[15] 유전 연구를 통해 효모 ''열대 칸디다''(Candida tropicalis)에서 과산화소체와 세포질에 싸이올레이스 활성을 갖는 3개의 싸이올레이스 시스템이 확인되었으며, 여기서 베타 산화와 메발론산 경로에 각각 참여할 수 있다.[16][17]
참조
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