알로스테릭 효소에 영향을 주는 조절 메커니즘

알로스테릭 효소에 영향을 주는 조절 메커니즘

피드백 저해 작용

RNA와 DNA를 만드는 데에 필요한 뉴클레오사이드 3인산인 사이티딘 3인산(CTP)을 최종적으로 만드어내는 일련의 반응에서의 첫번째 단계를 ATCase가 촉매합니다. 뉴클레오타이드를 생산하는 경로는 에너지가 소모되는 과정이며 여러 단계가 관여되어 있습니다. 아스파트산 카바모일전이효소에 의해 촉매 되는 반응은 이런 화합물이 과다하게 생산되지 않도록 이 경로가 어떻게 조절되는지를 보여주는 좋은 예입니다. RNA와 DNA 합성의 경우, 여러 뉴클레오사이드 3인산의 농도가 조절됩니다. CTP는 이 경로의 첫 번째 반응을 촉매 하는 효소인 ATCase의 저해제입니다. 이러한 작용 양상은 피드백 저해 작용의 한 예인데, 이 저해 작용은 연속 반응의 최종 산물이 반응 경로의 첫 번째 반응을 저해하므로 최종산물 저해 작용이라고도 불립니다. 피드백 저해는 효율적인 조절 메커니즘인데, 그 이유는 최종산물이 과다하게 존재할 때에는 일련의 반응들 전체가 정지되어 경로의 중간물질의 축적을 방지할 수 있기 때문입니다. 피드백 저해는 대사의 일반적인 특징이며, 알로스테릭 효소에 국한되지 않습니다. 그러나 ATCase 반응에 대해 관찰된 반응속도론 및 그 저해 양상은 알로스테릭 효소에 전형적인 것입니다.

미카엘리스-멘텐 모델

기질 농도가 높을 때에는 저해제가 있을 때나 없을 때나 동일한 최대속도가 관찰이 됩니다. 미카엘리스-멘텐 도표에서는 무경쟁적 저해재 존재 시에 반응이 일어나면 Vmax 가 변하기 때문에, 지금의 이 경우는 무경쟁적 저해작용이라고 할 수 없습니다. 동일한 미카엘리스-멘텐 모델에서는 이런 종류의 작용 양상을 경쟁적 저해 작용과 결부시키지만, 이 모델로는 여전히 이 부분이 조리 있게 묘사되지 않습니다. 경쟁적 저해제는 기질과 구조가 매우 유사하므로 기질이 결합하는 곳과 같은 부위에 결합합니다. CTP 분자는 기질인 아스파트산과 그 구조가 매우 다르므로, ATCase 분자의 다른 부위에 결합합니다. ATCase는 서로 다른 두 가지 유형의 소단위체로 구성되어 있습니다. 그중 하나는 촉매 소단위체인데, 6개의 단백질 소단위체들이 2개의 3량체를 구성하여 이루어져 있습니다. 다른 하나는 조절 소단위체인데, 이것도 6개의 단백질 소단위체들로 이루어져 있으며 6개의 소단위체가 3개의 2량체를 구성하고 있습니다. 단백질 내의 시스테인과 반응하는 파라-하이드록시머큐리벤조산을 처리하면 촉매 소단위체와 조절 소단위체를 분리할 수 있습니다. 이와 같이 처리하면 ATCase는 여전히 반응을 촉매 하기는 하지만, CTP에 의한 알로스테릭 조절 기능을 상실하고 곡선은 쌍곡선 모양이 됩니다.

 

알로스테릭 효소에는 일반적으로 두 가지 유형의 효소계가 존재하는데, K계와 V계라고 부릅니다. K계는 Vmax의 절반이 되는 속도를 내게 하는 기질 농도가 저해제나 활성인자에 의해 변하는 효소입니다. ATCase는 K계의 한 예입니다. 지금은 미카엘리스-멘텐 유형의 효소를 다루고 있지 않으므로, Km 이라는 용어는 적용될 수 없습니다. 알로스테릭 효소에 대해서는 Vmax의 절반이 될 때의 기질농도를 K0.5라 부릅니다. V계의 경우에는 저해제와 활성인자의 영향이 Vmax 를 변화시키지만, K0.5을 변화시키지는 않습니다.

 

알로스테릭 단백질에 결합하여 4차 구조를 변형시켜서 그 작용 양상을 변화시키는 물질을 알로스테릭 영향인자라고 부릅니다. 기질, 저해제 또는 활성인자 등에 적용될 수 있는 명칭입니다. 동종성 효과는 여러 개의 동일한 분자가 단백질에 결합되어 있을 때 일어나는 알로스테릭 상호작용입니다. 동종성 효과의 일례는 아스파트산이 ATCase에 결합하는 것처럼 기질분자가 효소 내의 다른 부위에 결합하는 것입니다. 이종성 효과는 서로 다른 물질들ㄹ이 단백질에 결합되어 있을 때 일어나는 알로스테릭 상호작용입니다. ATCase반응에서 CTP에 의한 저해와 ATP에 의한 활성화는 모두 이종성 효과입니다.

-출처- Biochemistry 라이프사이언스 생화학 편 발췌