짝풀림 단백질
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
1. 개요
짝풀림 단백질은 미토콘드리아의 내막에 위치하며, 양성자 구동력의 짝풀림을 통해 ATP 생성 없이 에너지를 열로 방출하는 단백질이다. UCP1은 처음 발견된 짝풀림 단백질로, 갈색 지방 조직에서 열을 생성하여 체온 유지에 기여한다. 포유류에는 UCP1, UCP2, UCP3, UCP4, UCP5 등 5가지 종류가 있으며, ATP 농도 조절, 활성 산소 생성 조절, 신경 세포 기능 등 다양한 생리적 기능을 수행한다.
더 읽어볼만한 페이지
- 짝풀림제 - 다이나이트로-오르토-크레졸
다이나이트로-오르토-크레졸(DNOC)은 o-크레졸을 가공하여 만들어진 살충제 및 제초제로, 인체에 유해하며 환경 오염을 일으켜 미국에서 사용이 금지되었다. - 짝풀림제 - 2,4-다이나이트로페놀
2,4-다이나이트로페놀은 노란색 결정성 고체 화합물로, 과거 방부제, 살충제, 폭약, 항비만제로 사용되었으나 심각한 부작용으로 현재는 인체 섭취가 금지되었고, 체중 감량 효과 때문에 불법적으로 사용되기도 하며 인체에 치명적인 독성을 가진다. - 막 단백질 - 나트륨-칼륨 펌프
나트륨-칼륨 펌프는 ATP 에너지를 사용하여 나트륨 이온과 칼륨 이온을 세포 내외로 능동 수송하는 막 단백질로, 세포의 휴지 전위 유지, 물질 수송, 세포 부피 조절 등 생리적 기능 수행 및 세포 활동 조절에 중요한 역할을 한다. - 막 단백질 - 리간드 개폐 이온 통로
리간드 개폐 이온 통로는 신경전달물질과 같은 리간드에 결합하여 열리는 이온 통로로, 리간드 결합에 의해 구조적 변화를 일으켜 이온이 세포 안팎으로 이동하도록 하며, 신경계의 시냅스 전달, 신경 회로 발달, 시냅스 가소성과 같은 생리적 과정에 관여하고, 마취제, 에탄올, 알츠하이머병 치료제, 항우울제와 같은 약물의 작용 기전 연구에 중요한 역할을 한다.
| 짝풀림 단백질 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 유형 | 미토콘드리아 단백질 |
| 기능 | 탈공역 |
| 상세 정보 | |
| 위치 | 미토콘드리아 내막 |
| 관련 질병 | 비만 제2형 당뇨병 신경퇴행성 질환 |
| 관련 유전자 | UCP1 UCP2 UCP3 UCP4 UCP5 |
| 추가 정보 | |
| 외부 링크 | 탈공역 단백질 관련 NCBI 정보 탈공역 단백질 관련 UniProt 정보 |
2. 역사
과학자들은 갈색 지방 조직에서 열 생성 활동을 관찰했으며, 이는 결국 "언커플링 단백질"로 처음 알려진 UCP1의 발견으로 이어졌다.[9][3] 갈색 조직은 미토콘드리아 호흡과 ATP 합성과 연결되지 않은 또 다른 호흡 수준의 상승을 보였으며, 이는 강한 열 생성 활동을 의미했다.[9][3] UCP1은 ATP 합성효소를 통해 통상적으로 수행되는 ADP 인산화와 연결되지 않은 양성자 경로를 활성화하는 데 책임이 있는 단백질로 밝혀졌다.[9]
포유동물에게는 5가지 종류의 짝풀림 단백질(UCP)이 존재한다.
3. 종류 (포유류)
과학자들은 갈색 지방 조직에서 열 생성 활동을 관찰했으며, 이는 "언커플링 단백질"로 처음 알려진 UCP1의 발견으로 이어졌다.[9][3] UCP1은 ATP 합성효소를 통해 통상적으로 수행되는 ADP 인산화와 연결되지 않은 양성자 경로를 활성화하는 단백질이다.[9]
가장 먼저 발견된 UCP1은 갈색 지방 조직에서 발견되며, 동면 동물과 작은 설치류에 무수축성 열을 제공한다.[9][3] 녹아웃 마우스를 이용한 연구에서 UCP1이 없는 갈색 지방 조직은 제대로 작동하지 않으며, 저온 순응이 불가능하다는 것이 밝혀졌다.[9][3][10][11]
UCP2와 UCP3가 ATP 농도에 미치는 영향은 세포 유형에 따라 다르다.[12] 췌장의 베타 세포는 UCP2의 활성이 증가하면 ATP 농도가 감소하는데, 이는 세포 퇴화, 인슐린 분비 감소, 제2형 당뇨병과 관련이 있다.[12][15] 반대로, 해마 세포의 UCP2와 근육 세포의 UCP3는 미토콘드리아 생산을 자극하여, ADP와 ATP의 결합된 농도를 증가시킨다.[12][16]
4. 기능
UCP1은 갈색 지방 조직에서 발견되며, 동면 동물과 작은 설치류의 무수축성 열 발생에 관여한다.[9][3] 짝풀림 단백질이 없으면 이 조직이 제대로 작동하지 않으며, 실제로 UCP1-녹아웃 마우스는 저온 순응이 불가능하여 UCP1이 갈색 지방 조직에서 열 생산에 필수적인 역할을 한다는 것을 알 수 있다.[10][11] 신체 다른 부위에서 짝풀림 단백질의 활성은 미세 환경의 온도에 영향을 주는 것으로 알려져 있지만, 세포 내에서 짝풀림으로 유도된 온도 기울기의 실제 결과를 밝히기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.[12]
UCP2와 UCP3는 음성 피드백 고리에 관여하여 활성 산소(ROS)의 농도를 제한한다.[18] 높은 수준의 ROS는 직접적, 간접적으로 UCP2와 UCP3의 활성을 증가시키는데, 이는 미토콘드리아로부터의 양성자 누출을 증가시켜 ROS 생성을 제한하는 음성 피드백 고리가 작동하게 한다.[17][18][19] UCP2는 미토콘드리아의 막 전위를 감소시켜 ROS 생성을 줄이며, 암세포는 미토콘드리아에서 UCP2의 생성을 증가시킬 수 있다.[20]
UCP2, UCP4, UCP5는 인간 중추신경계 전체의 뉴런에 존재하며 뉴런 기능에서 핵심적인 역할을 한다.[22] UCP는 뉴런 내의 자유 칼슘 농도를 변화시키는데, 미토콘드리아 막 전위를 감소시켜 칼슘 이온을 뉴런 내 주변 환경으로 방출시킨다.[12] 축삭 종말 근처에 미토콘드리아가 고농도로 존재하기 때문에, UCP가 이 영역에서 칼슘 농도 조절에 역할을 한다는 것을 의미하며, 칼슘 이온이 신경 전달에 큰 역할을 한다는 점을 고려할 때, 이러한 UCP가 신경 전달에 직접적인 영향을 미친다고 예측할 수 있다.[12]
4. 1. 체온 유지
가장 먼저 발견된 짝풀림 단백질인 UCP1은 갈색 지방 조직에서 발견되었으며, 동면 동물과 작은 설치류의 무수축성 열 발생에 관여한다.[9][3] 갈색 지방 조직은 작은 설치류의 체온 유지에 필수적이며, UCP1-녹아웃 마우스를 이용한 연구에서 짝풀림 단백질이 없으면 이 조직이 제대로 작동하지 않는다는 것이 밝혀졌다.[9][3] 실제로 이 녹아웃 마우스는 저온 순응이 불가능하여, UCP1이 갈색 지방 조직에서 열 생산의 필수적인 역할을 한다는 것을 알 수 있다.[10][11]신체 다른 부위에서 짝풀림 단백질의 활성은 미세 환경의 온도에 영향을 주는 것으로 알려져 있다.[12][13] 이는 해당 영역에서 다른 단백질의 활성에 영향을 미치는 것으로 여겨지지만, 세포 내에서 짝풀림으로 유도된 온도 기울기의 실제 결과를 밝히기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.[12]
4. 2. ATP 농도 조절
UCP2와 UCP3가 ATP 농도에 미치는 영향은 세포 유형에 따라 다르다.[12] 예를 들어, 췌장의 베타 세포는 UCP2의 활성이 증가하면 ATP 농도가 감소한다.[12] 이는 세포 퇴화, 인슐린 분비 감소, 그리고 제2형 당뇨병과 관련이 있다.[12][15] 반대로, 해마 세포의 UCP2와 근육 세포의 UCP3는 미토콘드리아 생산을 자극한다.[12][16] 더 많은 수의 미토콘드리아는 ADP와 ATP의 결합된 농도를 증가시켜, 실제로 이러한 짝풀림 단백질이 결합될 때(즉, 양성자 누출을 허용하는 메커니즘이 억제될 때) ATP 농도의 순 증가를 초래한다.[12][16]4. 3. 활성 산소 (ROS) 생성 조절
UCP2와 UCP3의 전체 기능 목록은 알려져 있지 않다.[17] 그러나 연구에 따르면 이 단백질들은 음성 피드백 고리에 관여하여 활성 산소(ROS)의 농도를 제한한다.[18] 현재 과학계의 합의는 UCP2와 UCP3가 활성화 물질이 존재할 때만 양성자 수송을 수행한다는 것이다.[19] 이러한 활성화 물질에는 지방산, ROS, 그리고 반응성이 있는 특정 ROS 부산물이 포함된다.[18][19] 따라서, 높은 수준의 ROS는 직접적, 간접적으로 UCP2와 UCP3의 활성을 증가시킨다.[18] 이는 차례로 미토콘드리아로부터의 양성자 누출을 증가시키고, 미토콘드리아 막을 가로지르는 양성자 구동력을 낮추어 전자 전달계를 활성화시킨다.[17][18][19] 이 과정을 통해 양성자 구동력을 제한하면 ROS 생성을 제한하는 음성 피드백 고리가 작동한다.[18] 특히 UCP2는 미토콘드리아의 막 전위를 감소시켜 ROS 생성을 줄인다. 따라서 암세포는 미토콘드리아에서 UCP2의 생성을 증가시킬 수 있다.[20] 이 이론은 UCP2와 UCP3 녹아웃 마우스 모두에서 ROS 생산 증가를 보여주는 독립적인 연구를 통해 뒷받침된다.[19]이 과정은 ROS의 높은 농도가 퇴행성 질환의 발달에 관여하는 것으로 여겨지기 때문에 인간의 건강에 중요하다.[19]
4. 4. 신경 세포 기능 (뉴런)
관련된 mRNA를 검출하여, UCP2, UCP4, UCP5는 인간 중추신경계 전체의 뉴런에 존재한다는 것이 밝혀졌다.[22] 이 단백질들은 뉴런 기능에서 핵심적인 역할을 한다.[12] 많은 연구 결과가 논쟁의 여지가 있지만, 몇 가지는 널리 받아들여지고 있다.[12]
예를 들어, UCP는 뉴런 내의 자유 칼슘 농도를 변화시킨다.[12] 미토콘드리아는 뉴런에서 칼슘 저장의 주요 장소이며, 저장 능력은 미토콘드리아 막을 가로지르는 전위와 함께 증가한다.[12][23] 따라서, 짝풀림 단백질이 이러한 막을 가로지르는 전위를 감소시키면, 칼슘 이온은 뉴런 내 주변 환경으로 방출된다.[12] 축삭 종말 근처에 미토콘드리아가 고농도로 존재하기 때문에, 이는 UCP가 이 영역에서 칼슘 농도 조절에 역할을 한다는 것을 의미한다.[12] 칼슘 이온이 신경 전달에 큰 역할을 한다는 점을 고려할 때, 과학자들은 이러한 UCP가 신경 전달에 직접적인 영향을 미친다고 예측한다.[12]
위에 언급했듯이, 해마의 뉴런은 이러한 짝풀림 단백질이 존재할 때 ATP 농도가 증가한다.[12][16] 이로 인해 과학자들은 UCP가 시냅스 가소성과 전달을 향상시킨다고 가설을 세우게 되었다.[12]
참조
[1]
논문
Molecular evolution of uncoupling proteins and implications for brain function
2019-03
[2]
논문
Uncoupling proteins: current status and therapeutic prospects
2005-10
[3]
논문
Mitochondrial proton leaks and uncoupling proteins
2021
[4]
논문
The SLC25 Mitochondrial Carrier Family: Structure and Mechanism
2020
[5]
논문
The SLC25 Carrier Family: Important Transport Proteins in Mitochondrial Physiology and Pathology
2020
[6]
서적
Biochemistry
Mary Finch
[7]
웹사이트
California Poison Control System: Salicylates
http://www.calpoison[...]
[8]
논문
Uncoupling protein-3 is a mediator of thermogenesis regulated by thyroid hormone, beta3-adrenergic agonists, and leptin
1997-09
[9]
논문
The biology of mitochondrial uncoupling proteins
2004-02
[10]
논문
Mitochondrial uncoupling proteins in human physiology and disease
2002-02
[11]
논문
UCP1 ablation induces obesity and abolishes diet-induced thermogenesis in mice exempt from thermal stress by living at thermoneutrality
2009-02
[12]
논문
Mitochondrial uncoupling proteins in the CNS: in support of function and survival
2005-11
[13]
논문
Brain uncoupling protein 2: uncoupled neuronal mitochondria predict thermal synapses in homeostatic centers
1999-12
[14]
논문
Structural basis of purine nucleotide inhibition of human uncoupling protein 1
2023
[15]
논문
Uncoupling protein-2 negatively regulates insulin secretion and is a major link between obesity, beta cell dysfunction, and type 2 diabetes
2001-06
[16]
논문
Uncoupling protein 2 prevents neuronal death including that occurring during seizures: a mechanism for preconditioning
2003-11
[17]
논문
Mitochondrial proton and electron leaks
2010-06-14
[18]
논문
Uncoupling proteins and the control of mitochondrial reactive oxygen species production
2011-09
[19]
논문
Physiological functions of the mitochondrial uncoupling proteins UCP2 and UCP3
2005-08
[20]
논문
Uncoupling protein 2 and metabolic diseases
2017-05
[21]
논문
The molecular features of uncoupling protein 1 support a conventional mitochondrial carrier-like mechanism
2017
[22]
논문
Uncoupling protein 2 in the brain: distribution and function
2001-11
[23]
논문
Mitochondrial membrane potential and neuronal glutamate excitotoxicity: mortality and millivolts
2000-04
[24]
논문
Uncoupling proteins: current status and therapeutic prospects
[25]
웹사이트
脂肪細胞とインスリン抵抗性
http://polaris.hoshi[...]
2012-10-07
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