Transcript 7장 탄수화물 대사(4.당신생경로)

생화학
7장 4.탄수화물대사-당신생경로
글루코오스 신생(gluconeogenesis)
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<개요>
 글루코오스는 보편적 연료이면서 어떤 조직에서는 주된 에너지원으로 작용 함
- 뇌, 신경계, 적혈구, 정소, 신장 수질, 눈의 망막과 렌즈 및 태아 조직
 비탄수화물 전구체(젖산, 피루브산, 글리세롤, α-케토산, 당형성아미노산)로부터
글루코오스를 만드는 과정
 격렬한 운동 후, 장기간 금식, 아침 식전 등 글리코겐이 고갈 될 수 있을 때
 생성 기관 - 주로 간에서 일어남, 신장과 소장에서도 소량 일어남
 생성된 글루코오스는 혈액을 통해 뇌, 근육 및 적혈구 등으로 운반 됨
 당신생경로의 대부분 효소들은 세포질에 존재 함
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<당신생경로의 비가역적 반응>
* 제 1단계 : pyruvate ----> phosphoenolpyruvate(PEP)
관련 효소 : pyruvate carboxylase(2ATP 소비),
PEP carboxykinase(2GTP 소비)
제 2단계 : fructose-1,6-bisphosphate ---> fructose-6-phosphate
관련 효소 : fructose diphosphatase(이인산 가수분해효소)
제 3단계 : glucose-6-phosphate ----> glucose
관련 효소 : glucose-6-인산 가수분해 효소(phosphatase)
* 조절단계 : pyruvate carboxylase 단계 --- acetyl CoA는 촉진
fructose-1,6-bisphosphatase ---- ADP 저해
* 에너지 소비 : 6개 ATP 소비
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<제 1단계 : pyruvate ----> phosphoenolpyruvate(PEP)>
 두 단계로 진행
 첫 단계 - 피루브산이 피루브산 카르복실화효소에 의해 옥살로아세트산이 됨
- 피루브산 카르복실화효소는 미토콘드리아 효소로서 비오틴을 함유
- 비오틴은 CO2를 기질에 옮기는 역할(조효소로 작용) 함
(ATP가 분해되면서 공급하는 에너지로 비오틴에 CO2가 결합)
 두 번째 단계 - OAA가 PEP 카르복시키나아제에 의해 포스포에놀피루브산으로 됨
- GTP가 소모 됨
- PEP 카르복시키나아제는 미토콘드리아와 세포질에 모두 존재 함
* 세포질에 있는 PEP 카르복시키나아제에 의한 당신생 경로 :
- 미토콘드리아에서 생성된 OAA 가 말산이 되어서 미토콘드리아 내막을 통과
- 통과 후에 세포질에서 OAA로 됨
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<제 2단계 : fructose-1,6-bisphosphate ---> fructose-6-phosphate>
 프락토오스 1,6-이인산분해효소에 의해 촉매 됨
 탈인산화로 무기인산이 방출
 ATP는 생성하지 못함
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<제 3단계 : glucose-6-phosphate ---> glucose>
 간과 신장에만 존재하는 글루코오스 6-인산 가수분해효소에 의해 촉매 됨
 생성된 글루코오스는 혈액으로 방출 됨
 근육에는 이 효소가 없어서 근육 글리코겐은 분해가 되어도 혈당을 공급 못함
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<당신생경로에 소요되는 ATP>
 피루브산이 PEP가 되는 단계 : 2 ATP가 소모 됨
 글리세린 3-인산의 인산화에 1 ATP가 소모 됨
 따라서 피루브 산 1분자당 3 ATP가 필요하고
글루코오스 한 분자당 6 ATP가 필요 함
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<당신생경로의 기질>
 탄수화물, 지방 및 단백질의 대사과정에서 해당과정의 중간물이나
구연산 회로를 통해 OAA를 공급할 수 있는 물질은 당신생기질이 될 수 있음
 중성지방의 가수분해 시 생성되는 글리세롤
(글리세롤 인산(글리세롤키나아제)을 거쳐 DHAP를 생성)
 탄소수가 3개 이상인 중간대사물을 공급할 수 있는 아미노산(대부분의 아미노산은
혈당 유지에 사용됨)
- 피루브산, 구연산회로 중간물(케토글루타르산, 숙시닐 CoA, 푸마르산, OAA) 생성
아미노산
 젖산 – 코리회로(골격근의 해당과정과 간의 당신생경로를 연결하는 회로)
 알라닌 회로 – 글리코겐뿐만 아니라 골격근 단백질의 분해산물을 간으로 옮겨 처리 함
- 곁가지 아미노산(이소루이신, 발린, 루신)을 분해하여 탄소골격을 구연산 회로로
유입시킴
- 아미노산에서 제거된 아미노기를 피루브산에 결합하여 알라닌을 형성 한 후에
간으로 이동하여 글루코오스를 재생
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<글리세롤>
 중성지방 분해 시 생성되는 글리세롤
(지방산은 아세틸 CoA로 되나 피루브산으로 전환될 수 없어서 당신생기질이 못됨)
 혈액에서 간으로 운반
 글리세롤 -(글리세롤키나아제 : 간)→ 글리세롤-3-인산 → DHAP
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<코리 회로>
② 코리 회로(Cori cycle) : 젖산 → 글루코오스

젖산 : 운동 중 골격근육에 의해 방출 → 간으로 운반
젖산 -(젖산 가수분해효소)→ 피루브산 → 글루코오스
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<글루코오스-알라닌 회로>
 운동하는 근육이 피루브산 생성 -(아미노산 전이 반응)→ 알라닌
 알라닌(간으로 운반) → 피루브산 → 글루코오스
 발린, 루신, 이소루신
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<당신생경로의 조절>

기질농도에 의한 조절,

다른자리입체성 조절,

효소단백질의 인산화에 의한 조절,

효소단백질의 합성조절
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 기질 농도에 의한 조절 :
- acetyl-CoA의 농도가 높으면 pyruvate dehydrogenase가 저해
pyruvate carboxylase가 활성화 됨
- 젖산, 글리세롤, 아미노산의 농도가 높을 때 당신생경로가 촉진됨
(고지방식, 기아 및 장시간 단식 시 이들 농도가 증가 - 인슐인 분비 감소로
체지방과 골격근의 분해가 증가)

다른 자리입체성 조절 :
- 피루브산 카르복실화효소는 아세틸 CoA에 의한 다른자리입체성 조절로 활성화 됨
(공복시 : 고농도의 아세틸 CoA에 의해 활성화  당신생경로 촉진
식후 : 저농도의 아세틸 CoA에 의해 불활성화)
- AMP와 ADP가 증가하면 해당 과정이 증가 : PFK-1을 활성화 시킴
(ATP와 구연산이 감소하면 해당과정이 증가)
- AMP가 감소하면 글루코오스 신생 과정이 증가
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 효소단백질의 인산화에 의한 조절 :
- 글루카곤, 에피네프린은 cAMP 의존형 단백질 키나아제의 활성을 증가(당신생촉진)
(인슐린은 반대로 작용 - 해당과정 촉진)
- 공복이나 고지방/저당질식 후의 글루카곤/인슐린 비율이 높을 때 표적 단백질의
인산화가 일어남
- 해당과정을 억제, 당신생을 촉진 시킴
- 글루카곤의 cAMP-의존형 단백질키나아제 활성 증가는 피루브산키나아제를
인산화 하여 불활성화 시킴(피루브산으로 전환 못한 PEP는 당신생경로로 감)
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