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1 11 강 CHAPTER 6 Enzymes Allosteric enzyme 과반응속도론 보조효소와 vitamin 효소반응과대사의조절

2 불활성상태 기질 Allosteric enzyme ( 다른자리입체성효소 ) 는다중단백질소단위체로기본단위체에 활성 Subunit 조절 Subunit 조절자 Effector 기질이결합하면인접한기본단위체의촉매부위가활성화되는효소를말하며생화학 불활성상태 반응의조절에중요한역할을한다 Homotropic ( 동종 ) allosteric enzyme : Effector 의결합 활성상태 - 기질과조절자가같은경우 Hb 의예 - 이때산소분자는기질인동시에조절자이다 - 기질포화곡선 ( 기질농도와반응속도곡선 ) 이 Hb 의경우와같다 조절 subunit 에의한활성 subunit 의활성화 활성상태 효소 - 기질간의촉매반응 Heterotropic ( 이종 ) allosteric enzyme : - 기질과조절자가다른경우 - 기질포화곡선을일반화하기어렵다

3 Allosteric enzyme 의효소반응속도는 M-M 식의성질로부터벗어난다 Homoallosteric enzyme 에의한촉매반응속도 Hb의예와같다첫번째기질 ( 산소분자 ) 이결합한후 Hb의구조적형태가변해두번째, 세번째의산소가보다용이하게결합 Vmax / 2 Allo-enz 의경우 최대속도의 ½ 일때의기질농도를 Km 이라하지않고 K0.5 or [S]0.5 [S]0.5 또는 K0.5 라한다

4 Heteroallosteric enzyme 에의한 촉진적 (or 저해적 ) 조절인자에의한조절 Vmax 변화없다 Vmax ½ Vmax 0 Vmax V 0 : 조절인자없음 + : 촉진적조절인자 - : 저해적조절인자 - Vmax K0.5 [S] K0.5 [S] 저해적조절인자에의한 Km 값상승 아주드문경우촉진적 ( 저해적 ) 인자에의해 K0.5 는변하지않고 Vmax 만변하는경우 촉진적조절인자에의한 Km 값감소

5 촉매 mechanism - Proximity & strain effect 근접및변형효과 효소반응의기작 - Electrostatic effect 정전기적효과 - Acid-base catalysis 산-염기촉매 - Covalent catalysis 공유결합촉매 (1) 근접효과 : 기질이효소의활성자리에가까이근접 기질은공간상으로효소의활성자리에위치함 E + S ES 형태적으로다르다변형효과 : 기질-효소복합체형성후형태의변화를의미함이변형효과에의해분자간의반응속도를촉진시킴 ( 즉, 비촉매반응의전이상태수준의반응이일어나도록함 )

6 (2) 정전기적효과 : 효소와기질의결합에따른물분자의제거는 H2O 효소의활성자리 ( 영구쌍극자 ) 와기질 ( 유도쌍극자 ) 간의정전기적 상호작용의힘을크게하여전기적인력을증가시킴 이로인해분자간반응에필요한전이상태로의자유에너지를감소시켜 H2O 촉매효과가증가됨내부는비극성상태 (3) 산-염기촉매 : 효소의활성자리는일반산-염기로작용하는부위가존재하여 H+ 를주거나받을수있음 Imidazole group 의산염기작용 전자의공여또는수용에의한일반산염기촉매

7 (4) 공유결합의촉매 - 효소의 active site 의 Aa 의 R-group 에의한양성자전이는친핵치환에중요하다 - 예 ) Ser-CH2OH 가친핵체로작용하여 peptide bond 를가수분해 친핵체로작용하는것들여러 amino acid 의 R-group Cystein-SH Asp-COO- Glu-COO- Histidine-Imidazole group (1) 친핵공격 HO-CH2-Ser 첫번째생성물 (2) 가수분해에의한공유결합절단 ` 두번째생성물

8 FOOD 단백질탄수화물지질 NAD+/NADH 인산화형태 이화 ( 분해 ) 반응에서전자전달 NADP+/NADPH 동화 ( 합성 ) 반응에서전자전달 아미노산단당류지방산 해당과정 FADH2 전자전달관여 H2O Acetyl Co A O2 H+ Citric acid cycle Krebs cycle TCA cycle NAD+ FAD+ NADH FADH2 O2 ADP NAD+ 산화적인산화 ATP H2O NADH ADP H+ ATP 미토콘드리아

9 Nicotinamide Adenin Dinucleotide (NAD) Phosphate (NADPH) 방출 NAD 의산화와환원 H+ H- or (e-) 받아들임 Ethanol Alcohol dehydrogenase 알코올탈수소효소 NAD+ NADP+ 산화형 NADH NADPH 환원형 Nicotinic acid 영양결핍에의한 Pellara ( 개의흑설병 ) 예방과치료미국생화학자 Wooley & Elvehjem가담배로부터분리사람의경우니코틴산결핍증은주로육류부족국가 ( 쌀을주식으로하는나라 ) 에서발병하며피부가거칠어진다

10 COO- N Nicotinic acid Amino 기결합 Amide 체 NAD+ 와 NADP+ 역할 : 탈수소효소의조효소로써전자운반과수소제거 Nicotinamide Dinucleotide Adenosin phosphate 있으면 NADP+

11 H+ : proton 양성자두개가기질로부터제거 H- : hydride ion 수소음이온 High energy 결합 NAD+ 와 NADH 의가역반응 다른분자에수소전이 NAD+ 의환원과정 NADH : energy 생산관련효소의조효소 ( 이화과정에의함 ) NADPH : 생합성 ( 특히지방산합성 ) 효소의조효소 ( 동화과정에의함 )

12 S H H H H H [H+] C-NH2 C-NH2 O O + N S + N + H+ R R 기질 NAD+ NADH L-malate + NAD+ oxalacetate + NADH + H+

13 Flavin Coenzyme 작용기 (Vt B2 : vitamin riboflavin) FMN : Flavin mononucleotide 우유에서처음분리 FAD : Flavin adenin dinucleotide FAD 또는 FMN의전구물질 FAD와 FMN은 flavoprotein ( 플라보단백질 ) or flavin dehydrogenase ( 플라빈탈수효소 ) 의보결분자단역할을하며 flavo-protein은탈수효소, 산화효소, 수산화효소등의역할을한다.

14 Chymotrypsin 의촉매반응과정 소의췌장에서분리된세린단백질분해효소 세린 195 번이기질에매우근접해있어 (1) Ser-195 에의한근접효과 Ser 195 이효소의활성부위로생각됨 Asp 102 의 COO- 에의해 His 57 은극성이되고 Ser 195 는보다 효과적인친핵체가되어수소결합을형성케함 CH2OH (3) 수소결합 소수성활성주머니 COO- (2) 소수성방향족부위의결합 기질 Phe 의소수성 binding group (4) 효소 - 기질복합체형성

15 Asp102 -COO- His 57-Imidazole Ser 195-CH2OH 공유결합 N H -O-CH2-Ser 195 Carboxyl 기에의해 imidazole 기가극성을띠고 Ser 195 의 HO-CH2 와수소결합

16 생명체의대사 생화학적대사를의미 효소에의해조절 [ 효소의농도와활성 ] 에의존대사조절의이유 1. 안정된질서유지 세포의구조와기능을유지하기위한생체자원의낭비를방지하기위함 2. 에너지의보존 세포는에너지생산반응을일정하게조절하여필요한만큼의영양소를소비하기위해 3. 환경변화에적응 온도, ph, 호르몬, 영양소등의변화에신속한대응을위해 효소의조절작용 1. 유전적통제 2. 공유결합의변형 3. Allosteric regulation ( 다른자리입체성조절 ) 4. 구획화

17 1. 유전적조절통제 세포대사의요구에의해효소가생성되는현상 (1) Enz induction ( 효소유도 ) Lactose 가없는배지에서자란 E.coli 초기 E.coli 가자라지못함 Glucose 가없어대사를할수 없으며, 따라서자랄수없다. Lactose 배지 Glactose+glucose 유전적조절에의한효소생성 (Enz induction 효소유도 ) E.coli 나중 E.coli가자람 Lactose 가수분해효소생성 Lac glc + gal 로분해 Glucose를 energy로이용가능. 최종적으로 lactose 를다소모하면더이상의 lactose 가수분해효소를생성하지않도록유전적으로조절한다.

18 1. 유전적조절 대사회로의최종산물이첫반응과관련된효소를억제함 (2) 되먹임억제 Repression ( 억제작용 )

19 2. 공유결합의변형 공유결합의변형에의해효소의구조가변하면서 활성화형태와불활성화형태로가역적전환을하며조절작용을하는효소 Ex 1) 인산화 활성 불활성 공유결합의변형 인산화 2ATP Phosphorylase b 활성이낮은형태 Phosphorylase kinase 인산화효소 Phosphorylase a + 2ADP 활성이높은형태

20 Peptide 결합의분해도 공유결합의변형이다 Proenzyme 또는 zymogen 이라하며 이자에서생성되어소장으로분비 Ex 2) peptide 결합의분해 단백질의부분적가수분해에의해다양한효소가활성화됨 Pepsin Trypsin Elastase Collagenase 등

21 3. 대사의조절 : allosteric regulation allosteric 효소에의한촉진적또는저해적조절 A B Allosteric enz (1) 촉진적조절 Pace maker 효소 Regulatory enz Allosteric enz (2) 저해적조절 C D 음성되먹임 Negative feed back 에의한조절최종생성물이 pace maker 효소를억제하여대사를조절 E 최종생성물 ( 저해제로작용 )

22 Allosteric enz 의모형 Hb 와비교해서이해할것 1) 협동형모델 - 활성형과불활성형두가지로만존재 - 기질또는활성물질이활성형에친화도가높다 - 너무단순한모델로모든 allo-enz 설명불가능 - 양성협동성만을설명함 ( 활성물질결합또는이탈로활성불활성두가지상태로만전환됨, 즉 hybrid 구조를설명하지못함 ) 불활성형 활성형 Hybrid 구조 : 활성 - 불활성공존 2) 순차적모형의모델 Hb 의예 - 보다단백질구조가유연하며 - 활성물질결합으로인해순차적으로활성화되어간다 (hybrid 구조설명가능 )

Glucose pyruvate (EMP경로, HMP 경로, ED 경로 ) 1 Embden-Meyerhof-Parnas pathways(emp 경로 ) - 전체적인반응 : Glucose 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH 지방과인지질합성

Glucose pyruvate (EMP경로, HMP 경로, ED 경로 ) 1 Embden-Meyerhof-Parnas pathways(emp 경로 ) - 전체적인반응 : Glucose 2 pyruvate + 2ATP + 2NADH 지방과인지질합성 Chapter 7. 미생물대사 (Microbial Metabolism) 탄수화물대사 : EMP경로, HMP경로, ED경로, TCA cycle, Glyoxylate 회로 지방대사 : β-산화, 지방산합성 ( 중성지방, phospholipid 단백질대사 : transamination, decarboxylation 전자전달과산화적인산화반응 * ATP 생성경로 :