황전환 경로
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1. 개요
황전환 경로는 시스테인과 호모시스테인 사이의 싸이올기 이동을 포함하는 대사 경로이다. 순방향 경로는 세균에서 시스테인에서 호모시스테인으로의 전환을, 역방향 경로는 사람을 포함한 생물체에서 호모시스테인에서 시스테인으로의 전환을 나타낸다. 이 경로는 피리독살 인산(PLP)을 필요로 하며, 직접 황화 반응을 포함할 수 있다. 역 황전환 경로의 돌연변이는 호모시스테인 축적으로 인한 호모시스틴뇨증을 유발할 수 있다.
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- 황 대사 - 시스테인 대사
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| 황전환 경로 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 정의 | 티올기의 전달과 관련된 대사 경로 |
| 관련 경로 | |
| 시스테인 생합성 | 황전환 경로는 시스테인 생합성의 주요 단계 중 하나이다. |
| 메티오닌 생합성 | 일부 생물체에서는 메티오닌 생합성을 위해 황전환 경로를 이용한다. |
| 관련 효소 | |
| 시스타티오닌 베타-신타제 (CBS) | 호모시스테인과 세린을 결합하여 시스타티오닌을 생성한다. |
| 시스타티오닌 감마-리아제 (CSE 또는 CTH) | 시스타티오닌을 시스테인, 알파-케토부티레이트, 암모니아로 분해한다. |
| O-아세틸세린 설프히드릴라제 (OASS) | O-아세틸세린에 황화수소를 첨가하여 시스테인을 생성한다. |
| 세부 경로 | |
| 황전환 경로 (동물) | 메티오닌으로부터 호모시스테인이 생성된 후, 시스테인으로 전환되는 경로이다. |
| 직접 설프히드릴화 경로 (미생물) | O-아세틸세린 또는 O-아세틸호모세린에 황화수소를 직접 첨가하여 시스테인 또는 호모시스테인을 생성하는 경로이다. |
| 중요성 | |
| 질병 예방 및 치료 | 셀레늄의 대사에서 중요하며, 질병 예방 및 치료에 관여할 수 있다. |
| 아미노산 생합성 | 시스테인과 메티오닌과 같은 황 함유 아미노산의 생합성에 필수적이다. |
2. 순방향 경로
순방향 경로는 대장균[10] 및 고초균[11]과 같은 여러 세균에 존재하며 시스테인에서 호모시스테인(메티오닌의 전구체)으로의 싸이올기의 이동을 포함한다.
2. 1. 대장균 및 고초균의 순방향 경로
순방향 경로는 대장균[10] 및 고초균[11]과 같은 여러 세균에 존재하며 시스테인에서 호모시스테인(메티오닌의 전구체로 ''S''-메틸기를 가짐)으로의 싸이올기의 이동을 포함한다. 호모세린의 아세틸기 또는 석시닐기를 싸이올기를 통해 시스테인으로 치환하여 시스타티오닌(시스타티오닌 γ-생성효소에 의해 촉매됨, 대장균에서 metB 유전자 및 고초균에서 metI 유전자에 의해 암호화됨)은 분자의 호모시스테인 부분의 β-제거에 의해 절단되어 불안정한 아미노산을 남긴다. 이 산은 물에 의해 촉발되어 피루브산과 암모니아를 형성(시스타티오닌 β-분해효소[12]에 의해 촉매됨, metC 유전자에 의해 암호화됨)한다. 한편 황전환 경로를 통한 호모시스테인의 생산은 메티오닌 생성효소에 의해 수행되는 메틸화 반응을 통해 이 대사 중간생성물이 메티오닌으로 전환되도록 한다.3. 역방향 경로
역방향 경로는 사람을 포함한 여러 생물체에 존재하며, 호모시스테인에서 시스테인으로 싸이올기를 이동시키는 비슷한 메커니즘을 가진다. 폐렴막대균(''Klebsiella pneumoniae'')에서 시스타티오닌 β-생성효소는 mtcB 유전자에 의해 암호화되고, 시스타티오닌 γ-분해효소(시스타티오네이스)는 mtcC 유전자에 의해 암호화된다.[13] 메티오닌은 사람에게 영양 요구성이 있어 필수 아미노산으로 분류되지만, 역 황전환 경로를 통해 시스테인을 합성할 수 있으므로 시스테인은 필수 아미노산이 아니다. 이 경로에 돌연변이가 발생하면 호모시스테인이 축적되어 호모시스틴뇨증이 나타난다.
3. 1. 사람의 역방향 경로
역방향 경로는 사람을 포함한 여러 생물에 존재하며 비슷한 메커니즘을 통해 호모시스테인에서 시스테인으로 싸이올기를 이동시킨다. 폐렴막대균(''Klebsiella pneumoniae'')에서 시스타티오닌 β-생성효소는 mtcB 유전자에 의해 암호화되고, 시스타티오닌 γ-분해효소(시스타티오네이스)는 mtcC 유전자에 의해 암호화된다.[13] 메티오닌은 사람에게 영양 요구성이 있으므로 영양학자들은 필수 아미노산으로 분류하지만, 역 황전환 경로로 인한 시스테인은 그렇지 않다. 이 경로에 돌연변이가 생기면 호모시스테인이 축적되어 호모시스틴뇨증이라는 질병이 발생한다.3. 2. 역 황전환 경로 이상과 질병
역 황전환 경로는 사람을 포함한 여러 생물체에 존재하며 유사한 메커니즘을 통해 호모시스테인에서 시스테인으로 싸이올기를 이동시킨다. 폐렴막대균( ''Klebsiella pneumoniae'')에서 시스타티오닌 β-생성효소는 mtcB 유전자에 의해 암호화되고 시스타티오닌 γ-분해효소 (시스타티오네이스)는 mtcC 유전자에 의해 암호화된다.[13] 메티오닌은 사람에게 영양 요구성이 있으므로 영양학자들은 필수 아미노산이라고 부르지만, 역 황전환 경로로 인해 시스테인은 그렇지 않다. 이 경로에 돌연변이가 생기면 호모시스테인이 축적되어 호모시스틴뇨증이라는 질병이 발생한다.4. 피리독살 인산 (Pyridoxal phosphate, PLP)의 역할
네 가지 전황 효소는 모두 활성 형태의 비타민 B6 (피리독살 인산 또는 PLP)를 필요로 한다. 이 효소 중 시스타티오닌 γ-합성효소를 제외한 3개의 효소는 시스테인/메티오닌 대사 PLP 의존 효소 계열 (제1형 PLP 효소)의 일부이다.
5. 직접 황화 (Direct sulfurization)
시스테인 또는 호모시스테인의 합성을 위한 직접적인 황화 경로는 자유 황화물로 아세틸/석시닐기를 치환하는 과정을 거친다(''cysK'' 또는 ''cysM''에 의해 암호화된 시스테인 합성효소,[6] 및 ''metZ'' 또는 ''metY''에 의해 암호화된 호모시스테인 합성효소를 통해).[7]
6. 반응 물질
참조
[1]
논문
Which form is that? The importance of selenium speciation and metabolism in the prevention and treatment of disease
[2]
논문
The enzymes of the transsulfuration pathways: Active-site characterizations
[3]
논문
The metIC operon involved in methionine biosynthesis in Bacillus subtilis is controlled by transcription antitermination
[4]
논문
Crystal Structure of the Pyridoxal-5′-phosphate Dependent Cystathionine β-lyase fromEscherichia coliat 1.83 Å
[5]
논문
Two Transsulfurylation Pathways in Klebsiella pneumoniae
[6]
논문
Structure and Mechanism of O-Acetylserine Sulfhydrylase
[7]
논문
Corynebacterium glutamicum utilizes both transsulfuration and direct sulfhydrylation pathways for methionine biosynthesis
[8]
논문
Structure and Mechanism of O-Acetylserine Sulfhydrylase
[9]
논문
Corynebacterium glutamicum utilizes both transsulfuration and direct sulfhydrylation pathways for methionine biosynthesis
[10]
논문
The enzymes of the transsulfuration pathways: Active-site characterizations
[11]
논문
The metIC operon involved in methionine biosynthesis in Bacillus subtilis is controlled by transcription antitermination
[12]
논문
Crystal Structure of the Pyridoxal-5′-phosphate Dependent Cystathionine β-lyase fromEscherichia coliat 1.83 Å
[13]
논문
Two Transsulfurylation Pathways in Klebsiella pneumoniae
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