Transcript 7장 탄수화물 대사(2.구연산회로)

생화학
특강-피루브산에서 아세틸 CoA
TCA Cycle
1. 피루브산에서 아세틸 CoA 생성과정
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<개요>
 해당과정에서 생성된 피루브산은 구연산 회로에 들어가기 위해서 미토콘드리아로
들어와 아세틸 CoA로 전환됨

이 작용은 다효소복합체인 피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 진행됨

이 복합효소계의 작용은 혐기성 과정인 해당과정과 호기성 과정인 구연산회로를
연결시켜주는 가교역할을 함
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<피루브산 탈수소효소 복합체>
 피루브산의 탄소 하나를 이산화탄소로 방출시키는 산화반응으로 아세틸 CoA를
생성시키는데 자유에너지 감소가 크므로 비가역적인 반응 임

복합체는 세가지 효소(E1, E2, E3)로 이루어져 있음

세가지 효소는 차례로 작용하며 조효소로 4개의 비타민이 필요 함

티아민 피로인산(TPP)안에 티아민이 존재,
FAD 안에는 리보플라빈이 존재
NAD+안에는 나이아신,
조효소 A안에는 판토텐산이 존재 함

보조인자로 Mg2+ 이온이 필요 함
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2. TCA cycle (Tricarboxylic acid cycle)
Citric acid cycle
Krebs cycle
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<개요>
 세포가 산소 이용 없이 포도당을 분해하여 피루브산이 되면서 ATP를 생성하는 것이
해당과정임

산소가 존재하면 대부분의 진핵세포나 박테리아는 이산화탄소와 물로 완전히
분해하는 과정이 TCA회로 임

아세틸 CoA의 아세틸기를 이산화탄소로 산화시키면서 NADH와 FADH2를 생성시켜
에너지를 저장 함

아세틸기가 OAA에 이동하여 구연산이 되면서 시작이 되는 회로로 총 8개 반응으로
이루어짐

4 반응은 산화환원과정으로 기질은 산화되고 조효소(NAD+, FAD)는 환원되어
3분자의 NADH와 1분자의 FADH2가 생성 됨

한 반응에서 고에너지 화합물인 티오에스테르가 분해되면서 GTP 생성
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 구연산회로는 에너지를 생성하는 이화작용 뿐만 아니라 동화작용의 역할을 함
(탄소 4, 5개짜리인 구연산회로의 중간대사물이 아미노산, 포르피린,
뉴클레오티드 염기 등의 생합성 전구체로 작용 함)

진핵세포 : 구연산 회로에 필요한 효소와 조효소 등이 미토콘드리아 안에 있으며
전자전달계와 산화적인산화에 필요한 요소들도 미토콘드리아 안에 존재 함

식물 : 빛이 존재하면 ATP 합성은 엽록체에서 일어나고, 어두우면 미토콘드리아에서
일어남

박테리아 : 구연산 회로는 세포질에서 일어나며, ATP 합성은 원형질막에서 일어남
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<TCA 회로의 특징>
 구연산 회로에서 방출되는 이산화탄소는 OAA에 있는 탄소가 방출됨
 아세틸 CoA의 탄소가 방출되려면 두번 이상의 구연산 회로가 순환되어야 함
 네 번의 산화과정이 일어남(3번은 NAD+, 1번은 FAD가 사용됨)
 NADH는 2. 개 ATP, FADH2는 1. 개 ATP를 생성 함
 1개의 아세틸 CoA는 10 개의 ATP를 생성 함
 1개의 피루브산은 12. 개의 ATP를 생성 함
 1개의 포도당은 2개의 피루브산을 형성하므로 세포질에서 생성된 NADH가
미토콘드리아로 들어오는 수용법에 따라서 32 ATP 혹은 30 ATP를 생성 함
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<구연산회로의 조절>
 피루브산 탈수소효소 복합체
 구연산 생성효소
 이소구연산 탈수소효소
 α - 케토글루타르산 탈수소효소 복합체
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 pyruvate dehydrogenase 단계 : 조절은 두 가지 요인이 있음
- 다른자리 입체성 조절인자에 의한 조절과 공유결합 변형(인산화)에 의한 조절
<다른자리 입체성조절인자에 의한 조절>
* 저해 : NADH와 acetyl CoA는 되먹임 억제로 작용
ATP도 저해작용
* 촉진 : AMP, CoA, NAD+와 Ca2+는 양성조절인자로 작용
<공유결합 변형(인산화)에 의한 조절>
* 피루브산 탈수소효소는 효소단백질의 특정한 세린기에 인산화된 형태와
인산화되지 않은 형태로 존재 함
* 탈인산화 형태가 효소활성이 큼
* 아세틸 CoA, NADH, ATP는 억제 함
* Ca2+는 피루브산 탈수소효소를 활성화 시킴
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 citrate synthase 단계(전체 조절점) – 다른자리입체성 조절인자에 의해 조절 됨
* 저해 : ATP, NADH, acetyl CoA, succinyl CoA, 지방산, 구연산
 isocitrate dehydrogenase 단계 – 다른자리입체성 조절인자에 의해 조절 됨
* 저해 : ATP, NADH
* 촉진 : ADP, Ca2+
 α-ketoglutarate dehydrogenase 단계 – 복합체이지만 인산화-탈인산화와는 무관
* 저해 : succinyl CoA(malonate는 succinate와 구조가 비슷하여 경쟁적으로 저해)
NADH
* 촉진 : Ca2+
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* pyruvate dehydrogenase 단계 보조효소 :
TPP(비타민B1),
NAD+(niacin 유도체),
FAD(B2 유도체),
CoA(pantothenic acid 유도체),
lipoic acid 등 5가지 비타민 유도체와
Mg2+이온
* isocitrate dehydrogenase 단계 보조효소 :
TPP, NAD, FAD, CoA, lipoic acid 등 5가지
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<TCA 회로의 요약>
① 미토콘드리아에서 일어남
② 프루빈산에 의해서 만들어진 아세틸-CoA와 옥살로초산과의 축합으로 시작
③ α-ketoglutarate dehydrogenase : CoA, TPP, 리포산, FAD 및 NAD+가 필요(비가역적)
④ NADH 생성반응 : isocitrate의 산화, α-ketoglutarate의 산화, malic acid의 산화
⑤ FADH2의 생성반응 : 호박산(succinic acid)의 산화
⑥ GTP의 생성 : succinyl-CoA의 반응
⑦ TCA 회로에서의 에너지 생산 : NADH = 3 개 , FAH2 개 = 1, GTP = 1개
⑧ 이소구연산 탈수소효소 : TCA 회로를 조절하는 제한 효소로 작용
(ADP와 NAD+ : 활성화 시킴
ATP와 NADH : 억제 시킴)
⑨ 플루오르초산과 아비산은 마코니테이즈와 α-케토글루타르산 탈수소효소의
작용을 방해하여TCA 회로가 못돌아가게 함
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<구연산회로의 동화작용>
 구연산회로는 이화작용과 동화작용 양방향으로 작용함

동화작용의 예 :
* 알파 케토글루타르산 – 아미노기 전이반응으로 글루탐산이 되고 프롤린,
아르기닌, 글루타민의 전구체가 되며, 퓨린의 골격체 일부를 공급
* OAA - 아미노기 전이반응으로 아스파르트산으로 전환 가능하며,
- 아스파라긴, 피리미딘의 전구체
- PEP로 전환되어 메티오닌, 리신, 트레오닌, 이소루신의 전구체
- PEP에서 포도당과 세린, 글리신으로 전환 가능
* 숙시닐 CoA – 헤모글로빈, 미오글로빈, 시토크롬의 햄과 엽록소를 이루는
포르피린 의 전구체
* 구연산 – 미토콘드리아를 나와 OAA와 아세틸 CoA로 분해되며,
아세틸 CoA는 지방산 합성에 사용 됨
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<세포질 NADH의 전자전달계 합류>
 미토콘드리아 내막은 NADH에 대한 투과성이 없음
 동물세포들은 조직에 따라서 다름 두 가지의 셔틀 시스템을 이용 함
 말산-아스파르트산 셔틀 : 간, 신장 및 심장에서 작용
: 2.5 ATP 생산
 글리세롤인산 셔틀 : 골격근과 뇌에서 작용
: 1.5 ATP 생산
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<Cori cycle>
Liver와 근육 간의 glucose 상호관계
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 급격한 운동시 산소와 glucose의 공급이 불충분한 상태에서 대사가 진행되므로
glucogen을 사용하게 되고, 해당에서 TCA cycle로 못 들어가므로 latic acid로 축척
 latic acid는 혈액을 통해 간에서 신생과정을 통해 glucose로 합성됨
 합성된 glucose는 다시 혈액을 통해 근육으로 와 glycogen으로 축적(장시간 요구)
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