커뮤니티 > Free bulletin



Free bulletin 핵산
2013-10-01 14:59:37

핵산대사

RNA 및 DNA의 빌딩 블록. 효소에 의해 연결되어 기다란 사슬의 Polynucleotide를 형성한다. 뉴클리오타이드 유니트의 순서는 유전 정보의 저장 및 이동에 중요한 역할을 하며 ribonucleotides와 deoxyribonucleotides로 분류된다. 인산화된 5 탄당 슈가와 퓨린 또는 피리미딘 base와 N-glycosidic bond로 결합되어 있다. 
핵산에서 발견되는 3가지 피리미딘 nucleobase는 cytosine, thymine, uracil이며 DNA와 RNA 등 핵산의 피미리딘 base는 해당되는 퓨린 base와 수소 결합을 이룬다. DNA의 퓨린 화합물인 adenine (A)과 guanine (G)은 각각 피리미딘 화합물인 thymine(T)과 cytosine (C)과 쌍을 이룬다. A-U, G-C 쌍을 이룬 것이다. 그러나 RNA는 T 대신 U가 A와 쌍을 이룬다.


인산염이 부착되지 않은 상태, 5 탄당 슈가와 퓨린 또는 피리미딘 base가 결합된 슈가 화합물이 뉴클리오사이드(nucleoside)이며 화학 에너지(ATP, GTP) 저장체, 세포 신호 전달(cGMP, cAMP))에 관여하고 CoA, FAD, FMN, NADP 등 효소 반응에 중요한 cofactor에 통합된다

가장 흔한 뉴클리오 타이드

Nucleotide는 nucleobase(nitrogenous base)와 5 탄당 슈가(ribose 또는 2’-deoxyribose) 그리고 1~3개의 인산염기(phosphate groups)로 구성된다. Nucleobase와 슈가의 결합형태가 뉴클리오사이드(nucleoside)이다. 인산기(phosphate groups)는 슈가의 2, 3, 5번 탄소와 결합하지만 5번 탄소에 붙는 경우가 가장 많다. 인산기가 슈가의 수산기 2개와 결합하면 cyclic nucleotide가 형성된다. 뉴클리오타이드 구성 슈가가 ribose일 때 ribonucleotide, 슈가가 deoxyribose일 때 deoxyribonucleotides라고 한다.

뉴클리오타이드는 퓨린염기(purine base) 또는 피리미딘 염기(pyrimidine base)를 함유하고있다. 핵산은 단량체 뉴클리오타이드의 중합체로 대 분자 물질이다.

DNA의 퓨린 염기는 아데닌(adenine)과 구아닌(guanine)이고 피리미딘 염기는 티민(thymine)과 싸이토신(cytosine)이다. 그러나 RNA는 티민 대신 우라실(uracil)을 사용한다.

뉴클리오타이드 합성

생체 내에서 새로 합성되기도 하고(de novo synthesis) 또는 salvage pathway를 거쳐 recycling되기도 한다. 뉴클리오타이드는 분해된 후 유용한 부분은 새로운 뉴클리오타이드 합성에 재사용된다. 생체 외에서도 생산된다.

핵산 성분

1) Nucleobases

질소 원자를 함유한 이종 고리식 방향족 유기 화합물이며 DNA와 RNA의 일부가 된다. 이들 base, Cytosine, guanine, adenine, thymine가 쌍을 이루어 DNA가 되고 thymine 대신 uracil이 붙으면 RNA가 된다.

Hypoxanthine과 xanthine은 각각 adenine과 guanine의 mutant forms이며 mutagen이 존재할 때 deamination을 통해 생성된다. 약자로 HX과 X로 표시한다.

2) Nucleosides

Nucleobase가 ribose 또는 deoxyribose라는 5 탄당에 부착되어 생성된 glycosamine이다.

즉 nucleosides는 base-linked sugar를 말한다. 이름은 nucleobase 이름에서 유래한다.

DNA와 RNA에 있는 Nucleosides는 흔히 cytidine(>cytosine), uridine(>uracil), adenosine(>adenine), guanosine(>guanine) thymidine(>thymine)이다,

특이한 kinase 효소에 의해 이 nucleoside에 phosphate가 붙으면 nucleotide가 된다.

Nucleoside 유사체(analogues)가 acyclovir이며 항 바이러스 제제로 사용된다.

3) Nucleotides & deoxynucleotides

Nucleotide는 nucleoside 1 분자와 한분자의 인산기로 구성된다. Nucleotides는 DNA 및 RNA의 monomer이며 또한 몇 종류의 cofactor, 즉 CoA, flavin adenine dinucleotide, flavin mononucleotide, adenosine triphosphate 및 nicotinamide adenine dinucleotide phosphate의 구조적 단위가 된다.

nucleotides는 세포 대사 및 신호 전달에 중요한 기능을 한다.

Nucleotides는 뉴클리오타이드에 함유된 nucleoside 이름을 따라 작명되며 또한 부착된 인산염 숫자에 따른 ‘수’가 추가된다.

예를 들면

Adenine이 ribose와 결합한 형태는 adenosine이라는 뉴클리오사이드가 된다.

아데노신이 인산염(phosphate)와 결합하면 adenosine monophosphate가 형성된다.

인산염이 부착된 숫자에 따라 ADP(adenosine diphosphate), ATP(adenosine triphosphate)가 형성된다.

핵 단백질(Nucleoprotein)

DNA 또는 RNA 등 핵산과 구조적으로 연합된 단백질이다. 염색질(chromatin) 실에 존재한 Histone 류의 단백질을 말한다. 이 종류에는 Telomerase, RNP (RNA/protein complex), Protamines 등이며 이것들이 모두 nucleoproteins이다. 염색질은 염색체를 구성하는 DNA, RNA, 단백질 복합체이다.

피리미딘 리보뉴클리도타이드(Pyrimidine ribonucleotides)

UMP 합성: enzymes, coenzymes, substrate names, inorganic molecules

1) Pyrimidine nucleotide합성은 글루타민과 CO2를 이용, carbamoyl phosphate 형성으로 시작된다.

2) carbamoyl phosphate가 aspartate와 반응하여 orotate를 생성한다.

3) Orotate는 5-phosphoribosyl α-diphosphate (PRPP)과 반응하여 orotidine monophosphate (OMP)를 생성한다.

4) Orotate가 탈카복실화하면 uridine monophosphate (UMP)가 된다.

5) pyrimidine nucleotide는 UMP에서 비롯된다.

6) UMP가 인산화되어 ATP와 2 번 반응하면 uridine triphosphate (UTP)가 된다.

7) Cytidine monophosphate (CMP)는 UTP의 cytidine triphosphate(CTP) 전환에서 비롯되는데 이 반응에서 2개의 phosphate를 상실한다.

Pyrimidine 분해대사

Pyrimidines은 분해되어 CO2, H2O, urea를 형성한다. Cytosine은 uracil로 분해되고 uracil이 더욱 분해되면 N-carbamoyl-β-alanine이 된다. Thymine은 분해되어 β-aminoisobutyrate가 되고 더 분해되어 중간 대사 물질이 TCA 싸이클로 들어간다.

β-aminoisobutyrate는 DNA 교체율의 대체적인 지시자이다.


pyrimidine구조

Pyrimidine은 벤젠 및 피리딘(pyridine)과 유사한 이종 고리 식(heterocyclic) 방향족 유기 화합물이며 1번과 3 번 위치에 2개의 질소 원자를 포함한다.

퓨린 리보뉴클리오타이드(Purine ribonucleotides)

Ribose structure indicating numbering of carbon atoms

퓨린 뉴클리오타이드, 새로운 합성(de novo synthesis)

10 단계 과정이 진행되어 생성된 IMP는 전구물질로 퓨린 고리(purine ring)에 투입된다. IMP는 염기인 Hypoxanthine의 뉴클리오타이드다. AMP와 GMP는 이것의 중간 대사물질로부터 각각 2 단계를 거쳐 합성된다.

IMP 합성에 6 종류의 효소가 참여한다. 이 가운데 GART (reactions 2, 3, 및 5), PAICS (reactions 6, 및 7), ATIC (reactions 9, 및 10) 3가지는 여러 가지 기능을 가지고 있다.

가) 아데닌과 구아닌은 IMP(뉴클리오타이드)에서 파생된다.

나) GMP

IMP dehydrogenase가 IMP를 XMP로 전환, GMP 합성 효소(synthase)가 XMP를 GMP로 전환, GMP 환원 효소가 GMP를 다시 IMP로 전환시킨다.

다) AMP

adenylosuccinate 합성 효소가 IMP를 adenylosuccinate로, adenylosuccinate lyase 가 adenylosuccinate를 AMP로, AMP deaminase가 AMP를 다시 IMP로 전환시킨다.

퓨린 뉴클리오타이드, 분해

퓨린 분해 대사에는 몇 가지 효소가 관여한다.

가)구아닌(Guanine)

- 뉴클리아제(nuclease)가 뉴클리오타이드를 분해한다

- 뉴클리오티다제(nucleotidase)가 구아노신을 생성한다

- 퓨린 뉴클리오사이드 인산화 효소가 구아노신을 구아닌으로 전환시킨다.

- 구아나제(Guanase)가 구아닌을 산틴(xanthine)으로 전환시킨다

- 산틴 산화효소(Xanthine oxidase)가 산틴을 요산으로 전환시킨다

 

나) 아데닌(Adenine)

- 뉴클리아제가 뉴클리오타이드를 분해한다

- 뉴클리오티다제가 아데노신을 생성한 후 아데노신 디아미나제가 이노신(inosine)을 생성한다

- AMP 디아미나제가 inosinic acid를 생성한 후 nucleotidase가 이노신을 생성한다

- 퓨린 뉴클리오사이드 인산화 효소가 이노신과 반응하여 히포산틴(hypoxanthine)을 생성한다

- 산틴 산화 환원 효소(Xanthine oxidoreductase)가 히포산틴과 반응하여 산틴(xanthine)을 생성한다.

- 산틴 산화 환원 효소가 산틴과 반응하여 요산을 생성한다.

purine 대사 조절제, 퓨린 합성 억제제는 세포 증식 특히 백혈구 증식을 방해한다. 여기에 해당되는 제품이 azathioprine이며 면역 억제로 장기 이식, 자가 면역 질환(류마치스성 관절염, 크론병, 궤양성 대장염 등 염증성 장 질환)의 면역 억제제로 사용된다.




대전광역시 유성구 문지동 KAIST문지캠퍼스강의동L605호 대표이사:(원장)서범구 사업자번호:314-86-01479
전화번호:1800-0250 팩스번호:07074559748 관리자이메일:puom9@naver.com
이엠생명과학연구원. All Rights Reserved