리보스 5-인산

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
둘러보기로 가기 검색하러 가기
리보스 5-인산
Alpha-D-Ribose-5-phosphat.svg
일반적인 성질
IUPAC 이름 (2,3,4-trihydroxy-5-oxo-pentoxy)phosphonic acid
화학식 C5H11O8P
CAS 번호 4300-28-1
PubChem 77982
ChemSpider 70368
물리적 성질
분자량 230.11 g/mol
열화학적 성질
안전성

리보스 5-인산(영어: ribose 5-phosphate, R5P)은 오탄당 인산 경로생성물대사 중간생성물이다. 오탄당 인산 경로에서 산화 반응의 마지막 단계는 리불로스 5-인산의 생성 반응이다. 신체 상태에 따라 리불로스 5-인산은 가역적으로 이성질화되어 리보스 5-인산으로 전환될 수 있다. 리불로스 5-인산은 다른 오탄당 인산들 뿐만 아니라 과당 6-인산글리세르알데하이드 3-인산(둘 다 해당과정의 대사 중간생성물임)을 초래하는 일련의 이성질화 뿐만 아니라 트랜스알돌화 및 트랜스케톨화를 겪을 수 있다.

리보스-인산 다이포스포키네이스는 리보스 5-인산을 포스포리보실 피로인산으로 전환시킨다.

구조[편집]

리보스 5-인산은 5탄당리보스의 5번 탄소에 인산기가 결합되어 있다. 리보스 5-인산은 선형 또는 푸라노스 고리 형태로 존재할 수 있다. 리보스 5-인산은 주로 푸라노스 형태로 존재한다.[1]

대장균의 리보스 5-인산 이성질화효소와 리보스 5-인산 복합체의 결정 구조.

생합성[편집]

리보스 5-인산의 합성은 세포 생장 및 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADPH), 리보스 5-인산 및 아데노신 삼인산(ATP)의 필요에 크게 의존한다. 각 분자의 생성은 2가지 다른 대사 경로, 즉 오탄당 인산 경로 및 해당과정에서 포도당 6-인산(G6P)의 흐름에 의해 조절된다. 두 경로 사이의 관계는 다른 대사 상황을 통해서 조사할 수 있다.[2]

오탄당 인산 경로[편집]

리보스 5-인산의 선형 구조 및 고리형(푸라노스) 구조 간의 전환.

리보스 5-인산은 모든 생물에서 오탄당 인산 경로에서 생성된다.[2] 오탄당 인산 경로는 해당과정과 병행해서 진행되는 대사 경로이다. 오탄당 인산 경로는 환원성 생합성[3](예: 지방산 합성)에 대한 NADPH 및 오탄당의 중요한 공급처이다. 오탄당 인산 경로는 NADPH를 생성하는 산화적 단계와 당의 상호전환을 포함하는 비산화적 단계의 두 가지 단계로 구성된다. 오탄당 인산 경로의 산화적 단계에서 포도당 6-인산(G6P)을 리불로스 5-인산(RuBP)으로 전환시키는 과정을 통해 2분자의 NADP+를 2분자의 NADPH로 환원시킨다. 오탄당 인산 경로의 비산화적 단계에서, 리불로스 5-인산은 리보스 5-인산 이성질화효소의 촉매 작용을 통해 리보스 5-인산으로 전환될 수 있다.[4]

리불로스 5-인산과 리보스 5-인산 간의 이성질화.

NADPH 및 리보스 5-인산에 대한 수요가 균형을 이루면 포도당 6-인산은 오탄당 인산 경로를 통해 한 분자의 리불로스 5-인산을 형성하여 두 분자의 NADPH와 한 분자의 리보스 5-인산을 생성한다.[2]

해당과정[편집]

NADPH보다 더 많은 리보스 5-인산이 필요할 때, 리보스 5-인산은 해당과정대사 중간생성물을 통해 생성될 수 있다. 포도당 6-인산은 해당과정동안 과당 6-인산글리세르알데하이드 3-인산으로 전환될 수 있다. 트랜스케톨레이스트랜스알돌레이스는 2분자의 과당 6-인산과 1분자의 글리세르알데하이드 3-인산을 3분자의 리보스 5-인산으로 전환시킨다.[2] 빠른 세포 생장 동안 뉴클레오타이드 및 지방산 합성을 위해 더 많은 양의 리보스 5-인산 및 NADPH가 필요하다. 해당과정의 대사 중간생성물은 피루브산 키네이스 동질효소에 대한 유전자 발현에 의해 오탄당 인산 경로의 비산화적 단계로 유입될 수 있다. 피루브산 키네이스 동질효소는 해당과정에서 병목 현상을 일으켜 오탄당 인산 경로가 해당과정의 대사 중간생성물들을 사용하여 NADPH와 리보스 5-인산을 합성할 수 있도록 한다. 이러한 과정은 피루브산 키네이스 동질효소의 기질인 포스포엔올피루브산에 의한 삼탄당 인산 이성질화효소의 저해에 의해 더욱 활성화된다.[2]

기능[편집]

리보스 5-인산 및 리보스 5-인산의 유도체들은 DNA, RNA, ATP, 조효소 A, FAD히스티딘을 비롯한 많은 생체분자들의 전구체로 역할을 한다.[5]

뉴클레오타이드 생합성[편집]

뉴클레오타이드핵산DNARNA의 단위체로 역할을 한다.[6] 뉴클레오타이드는 핵염기, 5탄당, 적어도 하나 이상의 인산기로 구성된다. 뉴클레오타이드는 퓨린 계열의 염기 또는 피리미딘 계열의 염기를 가지고 있다. 퓨린 뉴클레오타이드 합성에서 모든 대사 중간생성물들은 리보스 5-인산을 포함하고 있다.[7] 리보스 5-인산은 또한 피리미딘 뉴클레오타이드 합성에서 중요한 전구체로 역할을 한다.

뉴클레오타이드 생합성 과정 동안, 리보스 5-인산(R5P)은 리보스-인산 다이포스포키네이스(PRPS1)에 의해 포스포리보실 피로인산(PRPP)으로 전환된다. 포스포리보실 피로인산의 생성은 퓨린의 신생합성 경로 및 퓨린의 회수 경로에 필수적이다.[8] 신생합성 경로는 포스포리보실 피로인산의 리보스 5-인산 부분의 활성화로부터 시작되며, 이어서 뉴클레오타이드의 전구체인 포스포리보실아민으로 전환된다. 퓨린의 회수 경로에서[9] 포스포리보실트랜스퍼레이스는 포스포리보실 피로인산을 염기에 첨가한다.[10]

리보스-인산 다이포스포키네이스(PRPS1)에 의한 리보스 5-인산(R5P)의 포스포리보실 피로인산(PRPP)로의 전환 과정.

포스포리보실 피로인산은 또한 피리미딘 뉴클레오타이드 합성에서 중요한 역할을 한다. 피리미딘 뉴클레오타이드 합성의 5번째 단계에서 포스포리보실 피로인산(PRPP)의 리보스 부분의 1번 탄소는 오로트산공유 결합으로 연결된다. 이 반응은 오로트산 포스포리보실트랜스퍼레이스(PRPP 트랜스퍼레이스)에 의해 촉매되어, 오로티딘 일인산(OMP)을 생성한다.[8]

히스티딘 생합성[편집]

히스티딘은 사람에서 신생합성되지 않는 필수 아미노산이다. 뉴클레오타이드와 마찬가지로, 히스티딘의 생합성은 리보스 5-인산의 포스포리보실 피로인산(PRPP)으로의 전환에 의해 개시된다. 히스티딘 생합성의 속도 결정 단계는 ATP 포스포리보실트랜스퍼레이스에 의한 포스포리보실 피로인산과 ATP의 축합 반응이다. 히스티딘 생합성은 피드백 억제에 의해 조절된다.[11]

다른 기능들[편집]

리보스 5-인산은 리보스 5-인산 아데닐릴트랜스퍼레이스에 의해 아데노신 이인산 리보스로 전환될 수 있으며,[12] 아데노신 이인산 리보스는 TRPM2 이온 통로에 결합하여 이를 활성화시킨다.

질병 관련성[편집]

질병은 세포의 리보스 5-인산의 불균형과 관련이 있다. 암과 종양은 DNA와 RNA의 합성 증가와 관련된 리보스 5-인산의 조절된 생성을 보여준다.[2] 세계에서 가장 드문 질환인 리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증은 리보스 5-인산의 불균형과 관련이 있다.[13][14] 리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증의 분자병리학은 아직 이해되지 않고 있지만, 가설에 RNA 합성 감소가 포함되었다. 리보스 5-인산과 관련된 또 다른 질병은 통풍이다.[15] 포도당 6-인산의 양이 증가하면 해당과정의 대사 중간생성물들이 축적되어 리보스 5-인산의 생성으로 전환된다. 리보스 5-인산은 포스포리보실 피로인산(PRPP)으로 전환되어 퓨린의 과잉 생산을 야기하고 이로 인해 요산이 축적된다.[8]

포스포리보실 피로인산의 축적은 레쉬-니한 증후군에서 발견된다.[16] 포스포리보실 피로인산의 축적은 하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스(HGPRT)에 의해 야기되며, 이는 뉴클레오타이드 합성을 감소시키고, 요산의 생성을 증가시킨다.

리보스 5-인산(R5P)을 포스포리보실 피로인산(PRPP)으로 전환시키는 반응을 촉매하는 효소인 리보스-인산 다이포스포키네이스(PRPS1)의 과다활성은 신경발달 장애 및 감각신경성 난청 뿐만 아니라 통풍과 관련이 있다.[17]

같이 보기[편집]

각주[편집]

  1. Levene PA, Stiller ET (February 1934). “The Synthesis of Ribose-5-Phosphoric Acid”. 《Journal of Biological Chemistry》 104 (2): 299–306. 
  2. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2015). 《Biochemistry》 7판. W.H. Freeman. 589–613쪽. ISBN 978-1-4292-7635-1. 
  3. Kruger NJ, von Schaewen A (June 2003). “The oxidative pentose phosphate pathway: structure and organisation”. 《Current Opinion in Plant Biology》 6 (3): 236–46. doi:10.1016/s1369-5266(03)00039-6. PMID 12753973. 
  4. Zhang R, Andersson CE, Savchenko A, Skarina T, Evdokimova E, Beasley S, Arrowsmith CH, Edwards AM, Joachimiak A, Mowbray SL (January 2003). “Structure of Escherichia coli ribose-5-phosphate isomerase: a ubiquitous enzyme of the pentose phosphate pathway and the Calvin cycle”. 《Structure》 11 (1): 31–42. doi:10.1016/s0969-2126(02)00933-4. PMC 2792023. PMID 12517338. 
  5. Coleman JP, Smith CJ (2007). 《X Pharm: The Comprehensive Pharmacology Reference》. 1–6쪽. doi:10.1016/b978-008055232-3.60227-2. ISBN 9780080552323. 
  6. 〈Nucleotides〉. 《IUPAC Compendium of Chemical Terminology》. International Union of Pure and Applied Chemistry. 2009. doi:10.1351/goldbook.n04255. ISBN 978-0-9678550-9-7. 
  7. Engelking LR (2015). 〈Purine Biosynthesis〉. 《Textbook of Veterinary Physiological Chemistry》 Thi판. 88–92쪽. doi:10.1016/b978-0-12-391909-0.50015-3. ISBN 978-0-12-391909-0. 
  8. Pelley JW (2011). 〈Purine, Pyrimidine, and Single-Carbon Metabolism〉. 《Elsevier's Integrated Review Biochemistry》 2판. 119–124쪽. doi:10.1016/b978-0-323-07446-9.00014-3. ISBN 9780323074469. 
  9. Engelking LR (2015). 〈Chapter 31 — Carbohydrate Metabolism in Erythrocytes〉. 《Textbook of Veterinary Physiological Chemistry》 Thi판. 190–194쪽. doi:10.1016/b978-0-12-391909-0.50031-1. ISBN 978-0-12-391909-0. 
  10. Schramm VL, Grubmeyer C (2004). 《Phosphoribosyltransferase Mechanisms and Roles in Nucleic Acid Metabolism》. 《Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology》 78. 261–304쪽. doi:10.1016/s0079-6603(04)78007-1. ISBN 9780125400787. PMID 15210333. 
  11. Ingle RA (January 2011). “Histidine biosynthesis”. 《The Arabidopsis Book》 9: e0141. doi:10.1199/tab.0141. PMC 3266711. PMID 22303266. 
  12. Evans WR, San Pietro A (January 1966). “Phosphorolysis of adenosine diphosphoribose”. 《Archives of Biochemistry and Biophysics》 113 (1): 236–44. doi:10.1016/0003-9861(66)90178-0. PMID 4287446. 
  13. Wamelink MM, Grüning NM, Jansen EE, Bluemlein K, Lehrach H, Jakobs C, Ralser M (September 2010). “The difference between rare and exceptionally rare: molecular characterization of ribose 5-phosphate isomerase deficiency”. 《Journal of Molecular Medicine》 88 (9): 931–9. doi:10.1007/s00109-010-0634-1. hdl:1871/34686. PMID 20499043. 
  14. Huck JH, Verhoeven NM, Struys EA, Salomons GS, Jakobs C, van der Knaap MS (April 2004). “Ribose-5-phosphate isomerase deficiency: new inborn error in the pentose phosphate pathway associated with a slowly progressive leukoencephalopathy”. 《American Journal of Human Genetics》 74 (4): 745–51. doi:10.1086/383204. PMC 1181951. PMID 14988808. 
  15. Jiménez RT, Puig JG (2012). 〈Purine Metabolism in the Pathogenesis of Hyperuricemia and Inborn Errors of Purine Metabolism Associated With Disease〉. 《Gout & Other Crystal Arthropathies》. 36–50쪽. doi:10.1016/b978-1-4377-2864-4.10003-x. ISBN 978-1-4377-2864-4. 
  16. Ichida K, Hosoyamada M, Hosoya T, Endou H (2009). 〈Primary Metabolic and Renal Hyperuricemia〉. 《Genetic Diseases of the Kidney》. 651–660쪽. doi:10.1016/b978-0-12-449851-8.00038-3. ISBN 978-0-12-449851-8. 
  17. Singer HS, Mink JW, Gilbert DL, Jankovic J (2010). 〈Inherited Metabolic Disorders Associated with Extrapyramidal Symptoms〉. 《Movement Disorders in Childhood》. 164–204쪽. doi:10.1016/B978-0-7506-9852-8.00015-1. ISBN 978-0-7506-9852-8.