맨위로가기

아데닐산 키네이스

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

아데닐산 키네이스는 ATP와 AMP로부터 ADP를 생성하는 반응을 촉매하는 효소이다. 이 효소는 ATP 수준 조절, 에너지 대사 조절, 세포 내 에너지 전달, 그리고 다양한 질병과의 연관성을 가진다. 아데닐산 키네이스는 다양한 척추동물과 무척추동물의 근육에서 발견되며, 효소의 작용 기작과 구조는 연구를 통해 밝혀졌다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 세포 호흡 - 유비퀴논
    유비퀴논(CoQ10)은 미토콘드리아 전자 전달계의 주요 구성 요소인 지용성 유기 화합물로, 세포 호흡과 에너지 생산에 필수적이며 항산화 작용을 통해 세포를 보호하고 면역 반응에도 관여한다.
  • 세포 호흡 - 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.
아데닐산 키네이스
기본 정보
명칭아데닐산 키네이스
다른 이름미오키나제
EC 번호2.7.4.3
CAS 번호2598011
단백질 정보
bis(아데노신)테트라포스페이트 (ADP-ADP) 복합체의 아데닐산 키네이스의 3D 리본/표면 모델
PfamPF00406 (아데닐산 키네이스)
PF05191 (ADK_lid)
인터프로IPR000850
IPR007862
PROSITEPDOC00104
SCOP1ake

2. 기작

ATP + AMP ⇔ 2 ADP

평형 상수는 조건에 따라 다르지만 1에 가깝다.[1] 따라서, 이 반응에 대한 ΔGo는 0에 가깝다. 다양한 척추동물과 무척추동물의 근육에서 ATP의 농도는 일반적으로 ADP의 7-10배, AMP의 100배 이상이다.[2] 산화적 인산화의 속도는 ADP의 가용성에 의해 제어된다. 따라서, 미토콘드리아는 아데닐산 키네이스의 결합된 작용과 산화적 인산화에 대한 통제로 인해 ATP 수준을 높게 유지하려고 시도한다.

인산기의 이동은 '열린 뚜껑'이 닫힐 때만 일어난다.[7] 이는 기질들을 서로 근접하게 하고 물 분자를 배제시켜, AMP의 α-인산기가 ATP의 γ-인산기에 친핵성 공격을 가하는 에너지 장벽을 낮추어, γ-인산기가 AMP로 이동하여 ADP를 형성하게 한다. Ap5A 억제제가 있는 ''E. coli''의 아데닐산 키네이스(ADK) 효소 결정 구조에서, Arg88 잔기는 α-인산기에 Ap5A를 결합시킨다. 돌연변이 R88G는 이 효소의 촉매 활성을 99% 감소시키는데, 이는 이 잔기가 인산기 이동에 밀접하게 관여함을 시사한다.[8] 고도로 보존된 또 다른 잔기인 Arg119는 ADK의 아데노신 결합 부위에 위치하며 활성 부위에서 아데닌을 감싸는 역할을 한다. 이러한 효소들이 다른 NTP를 받아들이는 융통성은 ATP 결합 주머니 내에서 염기 간의 비교적 중요하지 않은 상호작용 때문인 것으로 보인다.[9]

보존된 양전하를 띠는 잔기(''E. coli''의 ADK에서 Lys13, Arg123, Arg156 및 Arg167) 네트워크는 인산기 이동 중 인산기에 축적되는 음전하를 안정화시킨다. 두 개의 원위 아스파르트산 잔기는 아르기닌 네트워크에 결합하여 효소가 접히도록 하고 유연성을 감소시킨다. 마그네슘 보조 인자 역시 필요하며, AMP의 인산기의 친전자성을 증가시키는 데 필수적이지만, 이 마그네슘 이온은 정전기적 상호작용에 의해서만 활성 주머니에 고정되어 쉽게 해리된다.[9]

2. 1. 촉매 메커니즘

인산기의 이동은 '열린 뚜껑'이 닫힐 때만 일어난다.[7] 이는 기질들을 서로 근접하게 하고 물 분자를 배제시켜, AMP의 α-인산기가 ATP의 γ-인산기에 친핵성 공격을 가하는 에너지 장벽을 낮추어, γ-인산기가 AMP로 이동하여 ADP를 형성하게 한다. Ap5A 억제제가 있는 ''E. coli''의 아데닐산 키네이스(ADK) 효소 결정 구조에서, Arg88 잔기는 α-인산기에 Ap5A를 결합시킨다. 돌연변이 R88G는 이 효소의 촉매 활성을 99% 감소시키는데, 이는 이 잔기가 인산기 이동에 밀접하게 관여함을 시사한다.[8] 고도로 보존된 또 다른 잔기인 Arg119는 ADK의 아데노신 결합 부위에 위치하며 활성 부위에서 아데닌을 감싸는 역할을 한다. 이러한 효소들이 다른 NTP를 받아들이는 융통성은 ATP 결합 주머니 내에서 염기 간의 비교적 중요하지 않은 상호작용 때문인 것으로 보인다.[9]

보존된 양전하를 띠는 잔기(''E. coli''의 ADK에서 Lys13, Arg123, Arg156 및 Arg167) 네트워크는 인산기 이동 중 인산기에 축적되는 음전하를 안정화시킨다. 두 개의 원위 아스파르트산 잔기는 아르기닌 네트워크에 결합하여 효소가 접히도록 하고 유연성을 감소시킨다. 마그네슘 보조 인자 역시 필요하며, AMP의 인산기의 친전자성을 증가시키는 데 필수적이지만, 이 마그네슘 이온은 정전기적 상호작용에 의해서만 활성 주머니에 고정되어 쉽게 해리된다.[9]

2. 2. 중요 잔기

'열린 뚜껑'이 닫힐 때만 인산기의 이동이 일어난다.[7] 이는 기질들을 서로 근접하게 하여 물 분자를 배제시키며, AMP의 α-인산기가 ATP의 γ-인산기에 친핵성 공격을 가하는 에너지 장벽을 낮추어, γ-인산기가 AMP로 이동하여 ADP를 형성하게 한다. ''E. coli''의 아데닐산 키네이스(ADK) 효소의 결정 구조에서, Arg88 잔기는 α-인산기에 Ap5A를 결합시킨다. 돌연변이 R88G가 이 효소의 촉매 활성을 99% 감소시키는 것으로 나타났는데, 이는 이 잔기가 인산기 이동에 밀접하게 관여함을 시사한다.[8] 또 다른 고도로 보존된 잔기는 Arg119이며, ADK의 아데노신 결합 부위에 위치하며 활성 부위에서 아데닌을 감싸는 역할을 한다. 이러한 효소들이 다른 NTP를 받아들이는 융통성은 ATP 결합 주머니 내에서 염기 간의 비교적 중요하지 않은 상호작용 때문인 것으로 보인다.[9] 양전하를 띠는 보존된 잔기(''E. coli''의 ADK에서 Lys13, Arg123, Arg156 및 Arg167) 네트워크는 인산기 이동 중 인산기에 축적되는 음전하를 안정화시킨다. 두 개의 원위 아스파르트산 잔기는 아르기닌 네트워크에 결합하여 효소가 접히도록 하고 유연성을 감소시킨다. 마그네슘 보조 인자 역시 필요하며, AMP의 인산기의 친전자성을 증가시키는 데 필수적이지만, 이 마그네슘 이온은 정전기적 상호작용에 의해서만 활성 주머니에 고정되어 쉽게 해리된다.[9]

2. 3. 마그네슘 이온

보존된 잔기(''E. coli''의 아데닐산 키네이스(ADK)에서 Lys13, Arg123, Arg156 및 Arg167) 네트워크는 인산기 이동 중 인산기에 축적되는 음전하를 안정화시킨다.[9] 두 개의 원위 아스파르트산 잔기는 아르기닌 네트워크에 결합하여 효소가 접히도록 하고 유연성을 감소시킨다.[9] 마그네슘 보조 인자는 AMP의 인산기의 친전자성을 증가시키는 데 필수적이지만, 이 마그네슘 이온은 정전기적 상호작용에 의해서만 활성 주머니에 고정되어 쉽게 해리된다.[9]

3. 구조

유연성과 가소성은 단백질이 리간드에 결합하고, 올리고머를 형성하며, 응집하고, 기계적 작업을 수행할 수 있게 해준다.[10] 단백질의 큰 구조 변화는 세포 신호 전달에서 중요한 역할을 한다. 아데닐산 키네이스는 신호 전달 단백질이므로, 구조 간의 균형은 단백질 활성을 조절한다. ADK는 결합 시 탈억제되는 국소적으로 펼쳐진 상태를 가지고 있다.[11]

기질 결합에 관여하는 ADKE. coli의 잔기


ADK 효소 계열의 일반적인 운동 사이클


Whitford 등의 2007년 연구에서는 ATP 또는 AMP와 결합할 때 ADK의 구조를 보여준다.[10] 이 연구는 ADK에 CORE, Open, Closed의 세 가지 관련 구조가 있음을 보여준다. ADK에는 LID와 NMP라는 두 개의 작은 도메인이 있다.[12] ATP는 LID와 CORE 도메인에 의해 형성된 포켓에 결합한다. AMP는 NMP와 CORE 도메인에 의해 형성된 포켓에 결합한다. Whitford 연구는 또한 단백질의 국소 영역이 구조적 전이 동안 펼쳐진다는 결과를 보고했다. 이 메커니즘은 변형을 줄이고 촉매 효율을 향상시킨다. 국소적 펼침은 단백질 내의 경쟁적인 변형 에너지의 결과이다.[10]

기질 결합 도메인 ATPlid 및 AMPlid의 국소적(열역학적) 안정성은 ADKE. coli의 CORE 도메인과 비교했을 때 현저히 낮다는 것이 밝혀졌다.[13] 또한 두 개의 서브도메인(ATPlid 및 AMPlid)이 "비협동적인 방식으로" 접히고 펼쳐질 수 있다는 것이 밝혀졌다.[13] 기질의 결합은 ADK에 의해 샘플링되는 것들 중에서 '닫힌' 구조에 대한 선호를 야기한다. 이러한 '닫힌' 구조는 인산화 전이를 위한 기질 정렬을 최적화하는 데 도움을 주는 것 외에도 ATP의 불필요한 가수분해를 피하기 위해 활성 부위에서 물을 제거하는 데 도움이 되는 것으로 가설화되었다.[14] 아포효소는 기질이 없는 경우에도 ATPlid 및 AMPlid 도메인의 '닫힌' 구조를 샘플링한다는 것이 밝혀졌다.[7] 효소의 열림 속도(생성물 방출 허용)와 기질 결합을 동반하는 닫힘 속도를 비교했을 때, 닫힘이 더 느린 과정임이 밝혀졌다.

4. 동형 효소

현재까지 9개의 인간 단백질 이형체가 확인되었다.[3] 이 중 일부는 신체 전체에 널리 분포하는 반면, 일부는 특정 조직에 국한되어 있다. 예를 들어, ADK7과 ADK8은 모두 세포의 세포질에서만 발견된다. ADK7은 골격근에서 발견되는 반면 ADK8은 그렇지 않다.[3] 세포 내 다양한 이형체의 위치가 다를 뿐만 아니라, 기질의 효소 결합 및 인산기 전달의 동역학도 다르다. 가장 풍부한 세포질 ADK 동위 효소인 ADK1은 ADK7과 8의 Km보다 약 1,000배 높은 Km을 가지며, 이는 ADK1이 AMP에 훨씬 약하게 결합한다는 것을 나타낸다.[4] ADK 효소의 세포 내 국소화는 단백질에 표적화 서열을 포함시켜 수행된다.[3] 각 이형체는 또한 NTP에 대한 선호도가 다르다. 일부는 ATP만 사용하지만, 다른 일부는 GTP, UTP 및 CTP를 인산기 전달체로 받아들인다.

이러한 이형체 중 일부는 다른 NTP를 완전히 선호한다. 또한 AMP의 인산화에 특이적인 미토콘드리아 GTP:AMP 포스포트랜스퍼라제가 있으며, 이는 GTP 또는 ITP만을 인산기 공여체로 사용할 수 있다.[5] ADK는 또한 다양한 박테리아 종과 효모에서도 확인되었다.[6] ADK 패밀리와 관련된 두 개의 효소, 즉 효모 우리딘 모노포스포키나제와 점액 곰팡이 UMP-CMP 키나제가 더 알려져 있다. 일부 잔기는 이러한 이형체에서 보존되어 촉매 작용에 얼마나 필수적인지 나타낸다. 가장 보존된 영역 중 하나는 효소를 비활성화시키는 Arg 잔기를 포함하며, 이는 효소의 촉매 틈새에 위치하며 염 다리에 참여하는 Asp와 함께 존재한다.

5. 기능

5. 1. 대사 조절

세포가 에너지 수준을 동적으로 측정하는 능력은 세포가 대사 과정을 모니터링하는 방법을 제공한다.[15] 아데닐산 키네이스는 ATP 및 기타 아데닐 인산염(ADP 및 AMP 수준)의 수준을 지속적으로 모니터링하고 변경함으로써 세포 수준에서 에너지 소비의 중요한 조절자 역할을 한다.[16] 다양한 대사 스트레스 하에서 에너지 수준이 변화함에 따라 아데닐산 키네이스는 AMP를 생성할 수 있으며, AMP 자체는 추가적인 신호 전달 연쇄 반응에서 신호 분자 역할을 한다. 이렇게 생성된 AMP는 예를 들어 해당 과정, K-ATP 채널, 5' AMP 활성화 단백질 키나아제 (AMPK)와 관련된 다양한 AMP 의존성 수용체를 자극할 수 있다.[15] 아데닌 뉴클레오티드 수준, 따라서 ADK 활성에 영향을 미치는 일반적인 요인으로는 운동, 스트레스, 호르몬 수준의 변화, 식이 요법 등이 있다.[15] 이는 대사 센서의 친밀한 "감지 영역"에서 뉴클레오티드 교환을 촉매함으로써 세포 정보를 해독하는 데 기여한다.[15]

5. 2. 아데닐산 키네이스 셔틀 (ADK Shuttle)

아데닐산 키네이스는 세포 내 미토콘드리아 및 근원섬유 구획에 존재하며, 아데닌 뉴클레오티드 분자 간에 전달될 수 있는 두 개의 고에너지 인산기(β 및 γ)를 ATP에 제공한다.[15][16] 본질적으로 아데닐산 키네이스는 ATP를 고에너지 소비 장소로 운반하고, 이러한 반응 과정에서 생성된 AMP를 제거한다. 이러한 연속적인 인산 전달 릴레이는 궁극적으로 ADK 분자 집합체를 따라 인산기의 전파를 초래한다.[15] 이러한 과정은 국소 세포 내 대사 흐름의 변화를 초래하지만 대사 물질 농도의 뚜렷한 전반적 변화는 없는 ADK 분자들의 양동이 부대로 생각할 수 있다.[15] 이 과정은 세포의 전반적인 항상성에 매우 중요하다.[15]

6. 질병과의 관련성

6. 1. 뉴클레오사이드 이인산 키나아제 결핍

뉴클레오사이드 이인산(NDP) 키나아제는 생체 내에서 ATP 의존적인 리보- 및 데옥시리보뉴클레오사이드 삼인산의 합성을 촉매한다.[17] 변이된 ''대장균''에서 뉴클레오사이드 이인산 키나아제가 파괴된 경우 아데닐산 키나아제가 이중 효소 기능을 수행하여 뉴클레오사이드 이인산 키나아제 결핍을 보완한다.[17]

6. 2. AK1과 허혈 후 관상 동맥 재관류

AK1의 제거는 무기 인산염과 ATP 소비 부위 및 ATP 합성 부위의 전환 사이의 동기화를 방해한다.[18] 이는 허혈-재관류 후 허혈성 심장에서의 에너지 신호 전달을 감소시키고 부적절한 관상 동맥 순환 재관류를 유발한다.[18]

6. 3. AK2 결핍

AK2 결핍은 사람에게서 감각신경성 난청과 관련된 조혈 결함을 유발한다.[19] 망상 이형성증은 인간의 열성 유전 형태의 복합 면역 결핍증이다. 이는 림프구 성숙 장애와 골수 계열의 초기 분화 정지를 특징으로 한다. AK2 결핍은 단백질 발현의 부재 또는 큰 감소를 초래한다. AK2는 내이의 혈관조에 특이적으로 발현되는데, 이는 AK2 결핍이 있는 개인이 감각신경성 난청을 겪는 이유를 나타낸다.[19]

6. 4. AK1 유전자 제거

AK1 유전자 제거는 대사 스트레스에 대한 내성을 감소시킨다. AK1 결핍은 당분해 및 미토콘드리아 대사에서 섬유 유형별 전사체의 변화를 유도하는데,[20] 이는 근육 에너지 대사를 뒷받침한다.

6. 5. 애기장대의 엽록체 ADK 결핍

애기장대(''Arabidopsis thaliana'')에서 엽록체 아데닐산 키나아제 결핍은 향상된 성장과 증가된 광합성 아미노산과 관련이 있다.[21]

참조

[1] 간행물 The NIST Thermodynamics of Enzyme-Catalyzed Reactions database, http://xpdb.nist.gov/enzyme_thermodynamics/enzyme1.pl http://xpdb.nist.gov[...] 2016-11-09
[2] 논문 The contents of adenine nucleotides, phosphagens and some glycolytic intermediates in resting muscles from vertebrates and invertebrates 1975-10
[3] 논문 The many isoforms of human adenylate kinases 2014-04
[4] 논문 The characterization of human adenylate kinases 7 and 8 demonstrates differences in kinetic parameters and structural organization among the family of adenylate kinase isoenzymes https://hal.archives[...] 2011-02
[5] 논문 Mitochondrial GTP-AMP phosphotransferase. 2. Kinetic and equilibrium dialysis studies 1979-01
[6] 논문 A putative second adenylate kinase-encoding gene from the yeast Saccharomyces cerevisiae 1992-05
[7] 논문 Intrinsic motions along an enzymatic reaction trajectory 2007-12
[8] 논문 Structural and catalytic role of arginine 88 in ''Escherichia coli'' adenylate kinase as evidenced by chemical modification and site-directed mutagenesis 1989-05
[9] 논문 Structure of the complex between adenylate kinase from ''Escherichia coli'' and the inhibitor Ap5A refined at 1.9 A resolution. A model for a catalytic transition state 1992-03
[10] 논문 Conformational transitions of adenylate kinase: switching by cracking 2007-03
[11] 논문 Rational modulation of conformational fluctuations in adenylate kinase reveals a local unfolding mechanism for allostery and functional adaptation in proteins 2009-10
[12] 논문 Many local motions cooperate to produce the adenylate kinase conformational transition 2010-07
[13] 논문 Noncooperative folding of subdomains in adenylate kinase 2009-03
[14] 논문 Overlap between folding and functional energy landscapes for adenylate kinase conformational change 2010-11
[15] 논문 Adenylate kinase and AMP signaling networks: metabolic monitoring, signal communication and body energy sensing 2009-04
[16] 논문 Developmental enhancement of adenylate kinase-AMPK metabolic signaling axis supports stem cell cardiac differentiation 2011-04
[17] 논문 Adenylate kinase complements nucleoside diphosphate kinase deficiency in nucleotide metabolism 1996-06
[18] 논문 Defective metabolic signaling in adenylate kinase AK1 gene knock-out hearts compromises post-ischemic coronary reflow 2007-10
[19] 논문 Human adenylate kinase 2 deficiency causes a profound hematopoietic defect associated with sensorineural deafness 2009-01
[20] 논문 Adenylate kinase 1 deficiency induces molecular and structural adaptations to support muscle energy metabolism 2003-04
[21] 논문 Deficiency of a plastidial adenylate kinase in Arabidopsis results in elevated photosynthetic amino acid biosynthesis and enhanced growth 2005-01


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com