2014 PEET 4번 - 해당 저해, PPP

[飛烏]

답 1

[풀이]

이 문제는 해당을 가장한 PPP문제입니다.

탄소추적 결과를 보면 저해제가 있음에도 불구하고 피루브산이 생성되는 것으로 보아

해당에 관여하는 효소가 저해되어도 그 과정을 만회하는 우회경로가 있음을 짐작할 수 있다.

실제로 해당과정은 다양한 다른 대사 경로와 연결되어 있다.

PPP의 비산화적 경로를 통해 F6P의 공급이 가능하다.

물질 A는 '6탄당인산 이성질화효소'를 저해하는 물질이다.

(하단 그림 참고)

ㄱ. 1번 탄소는 PPP를 통해 이산화탄소로 방출된다.

ㄴ. 생성된다. G3P가 있어야 피루브산도 생길 수 있다.

ㄷ. NAD⁺의 환원에는 문제가 없다. (G6P에서 F6P로 바뀌는 과정을 제외한 과정이 모두 정상이기 때문에)

ATP 생성이 줄어든 이유는 6탄당(포도당)은 2ATP를 형성하지만,

CO₂가 빠진 5탄당은 상대적으로 적은 1.67ATP 정도를 생성하게 된다.

6 : 2 = 5 : x

x = 1.666

[상세 설명]

1. PPP의 두 가지 경로

  ① 산화 경로 : 5탄당인산 생성

  ② 비산화 경로 : 5탄당인산 회수, NADPH 생성

2. 각 경로가 우세한 조직

  ① 산화 경로 : 빠르게 분열하는 조직 (오탄당을 RNA, DNA, NADH, FADH₂, 보효소 등을 만드는데 사용한다)

                      예) 골수, 피부, 소장의 점막

  ② 비산화 경로 : 환원성 생합성(NADPH 이용)이 일어나는 조직, 산소에 노출된 조직(산소 라디칼 손상에 대처하기 위해서)

                      예) 지방산 합성이 활발한 조직 : 간, 부신피질, 유선 등

                           콜레스테롤, 스테로이드 호르몬 합성 조직 : 간, 부신, 생식선

                           산소에 노출된 조직 : 적혈구, 각막세포 (환원적 환경 유지 → 산화적 손상 방지)

3. G6P의 운명: 해당으로 가느냐? PPP로 가느냐?

     G6P의 운명 결정 요인 : NADP⁺, NADPH의 농도

     세포내 NADP⁺ 농도가 높을 때 → G6PD 활성 → PPP로 이행  

4. 적혈구에 PPP가 필요한 이유

성숙한 적혈구에는 미토콘드리아가 없다.

PPP가 NADPH를 공급해 준다.

NADPH는 과산화수소 제거를 위한 글루타티온 환원에 필수적이다.

레닌져 4판 하 858쪽

[참고 문헌]

레닌져 4판 549쪽

[확장 및 심화]

1. G6PD (어디서 많이 봤는데~~~)

  ① G-6-PD : glucose-6-phosphate dehydrogenase, 포도당-6-인산 탈수소효소

  ② PPP의 첫번째 효소.

  ③ A형과 B형 두 가지 type으로 존재하며 이량체(dimer)를 형성한다.

  ④ 동위효소(isozyme) : 대립유전자의 차이라기 보다는 다양한 구성단위(subunit)의 상호작용으로 인해 한 가지 효소가 전기영동하면 다양한 형태로 나타난다. 

      - 동위효소의 대표적인 예) LDH (A형 B형으로 사량체tetramer 형성) : 5종류의 동위효소 발현, 조직에 따라 발현정도가 다르다.

  ⑤ X염색체 상에 위치한 유전자로부터 만들어지는 효소이다.

  ⑥ X염색체의 무작위 응축의 증거가 되어준다. (라이온 가설, 라이온 효과, 일부 포유류의 털 색 유전)

      전기영동을 하면 AA형과 BB형만이 나온다. X염색체의 무작위 응축에 의해 어떤 세포에서도 AB를 모두 발현하지 못하기 때문이다.

      (비교개념) 대립효소(allozyme) : 같은 유전자에 있는 다양한 대립유전자(복대립유전자)에 의해 조절되는 효소로써 다양한 전기영동 패턴이 나타난다.

유전학의 이해 7판 87쪽~

레닌져 4판 551쪽~

관련문제 : 2006 임용생물 18번

2. 핵산의 합성

  1) PPP의 결과물인 5-인산 리보오스는 핵산의 재료가 되어준다.

      5-인산 리보오스에 인산이 2개 붙으면 PRPP가 된다.

      PRPP에서 PP자리에 염기를 합성하면 핵산(피리미딘, 퓨린)이 된다. 

  2) 핵산(nucleotide)의 생합성 경로는 두 가지 이다.

    ① 신생 합성 경로 (de novo pathway) : PRPP에 원자를 한땀한땀 붙여 염기를 만든다.

    ② 회수 경로 (salvage pathway) : 핵산분해 산물을 재활용한다. 유리 염기를 다시 PRPP에 붙인다.

     [적용] 두 경로 중 하나만 정상이면 살 수 있다.

     [참고] 자세한 기전은 레닌져 22장.

  3) 핵산의 대사 과정에 이상이 생겼을 때 대표적인 질병 : 통풍 (요산 축적)

  4) 핵산 대사의 적용 : 체세포 잡종 기술 ([면역] HAT 배지에서 하이브리도마(단일클론항체) 선별)

    ① 체세포 잡종 = (쥐세포 : HPRT⁺, TK^-) + (사람세포 : HPRT^-, TK⁺)

        - HPRT : 회수경로에 관여하는 효소, Hypoxanthine (guanine) PhosphoRibosyl Transferase

        - TK : 회수경로에 관여하는 효소, Thymidine Kinase

    ② HAT 배지의 구성

            A : 아미노프테린 - 신생합성 경로 억제제

            H : 하이포크산틴 - HPRT의 기질 = 핵산의 전구체 → 회수 경로

            T : 티미딘          - TK의 기질    = 핵산의 전구체 → 회수 경로

       ☞ 따라서, HAT배지에서는 A에 의해 신생합성 경로는 막혀 있는 상태에서

           H와 T을 기질로 사용해서 핵산을 합성할 수 있는(회수경로가 살아있는) HPRT⁺, TK⁺인 융합세포(하이브리도마)만이 살 수 있다.

           .

3. PPP와 캘빈회로의 관계 - 역반응 (이건 굳이 공부안하셔도 되는 부분. 시험에는 절대 안나옴. 그냥 재미있어서 소개합니다)

'인산5탄당'이 '인산6탄당'으로 변하는 과정(비산화 PPP)은 식물의 캘빈회로의 역반응이고 실제로 많은 효소(트랜스 캐톨레이스, 트랜스 알돌레이스)가 동일하다.

<PPP>

PPP 산화경로의 결과 CO₂가 한 분자 빠지면서 5탄당인산이 생긴다.

이 5탄단당인산 6개를 조합하면(비산화경로, 5C×6=30) → 6탄당을 5개(6C×5=30) 만들 수 있다.

 

<캘빈회로 : CO₂ 동화반응>

캘빈회로는 크게 3단계로 구성된다. (1:고정, 2:환원, 3:RuBP재생)

이 중 3단계 RuBP 재생 과정이 PPP비산화 과정의 역반응이다.

인산3탄당(3C, PGAL)으로 RuBP(5C)를 만든다.

3C 5개를 조합해서 5C 3개를 만들 수 있다.

위의 그림을 역으로 그리면 된다.

 관련 질문

http://cafe.daum.net/S2000/bS7/10427

[생교12]

[상세 설명]의 1. PPP의 두 가지 경로에서 비산화 경로의 'NADPH 생성'은 산화 경로에 옮기는 것이 좋지 않을까요? 5탄당인산이 아닌 NADPH만 필요해서 비산화 경로가 일어나는 것은 맞지만 NADPH 자체를 생성하는 것은 산화 경로니까요. 오해의 소지가 있는 것 같습니당 ㅠㅠ

[飛烏]

두 과정 모두 NADPH를 생성합니다.
두 과정은 동일한 앞 과정(NADPH 생성 과정)을 공유합니다. 뒷 단계만 다릅니다.

비산화과정은 순환적 과정이며
주목적이 NADPH의 생성입니다.
비산화과정이 훨씬 많은 양의 NADPH를 생성할 수 있습니다.

내용은 레닌져의 것을 정리한 것입니다.

그림에 공유되는 단계에는 점선을 추가해야겠네요~

[생교12]

아아 저는 총론책만 보고 얕게 공부했더니 뒷단계만 비산화과정이라고 부르는줄 알았네요!! 감사합니다^^

[준비하는사람의여유]

와.. 저도 방금 회로보고 엄청 헷갈렸는데 감사합니당 비오님도 감사해요 !

[물화생]

감사합니다

[코난도일]

안녕하세요. 6탄당이성질화효소를 저해했다고 정확히 알 수 있는 것인가요? PFK-1을 저해하더도 PPP회로를 통해 중간산물인 PGAL이 만들어지므로 PFK-1 등도 후보가 될 수 있지 않나요?

[飛烏]

PFK-1은 후보가 될 수 없습니다.
6탄당 이성질화효소를 저해했다고 정확히 알 수 있습니다.

PFK-1이 저해되면
F6P이후 단계가 모두 stop되므로 PGAL이 만들어지지 못합니다.
PPP는 우회경로로 F-6-P(G-6-P)를 만들 수 있는 과정입니다.(PGAL을 만드는 과정이 아닙니다)

[코난도일]

그렇군요, 저는 PPP회로의 중간산물인 PGAL, F-6-P 등이 만들어져 PGAL도 해당과정에 바로 이용될 수 있을 줄 알았는데.. 아니었군요. 선생님 자료에 동의합니다. 감사합니다 ㅎㅎ

[유비퀴틴]

6탄소 분자인 포도당-6-인산은 5-탄소 단위인 리불로오스-5-인산으로 산화되면서, CO2 한 분자를 소실하고 두 분자의 NADPH를 생성한다.
경로의 나머지 반응들에서 리불로오스-5-인산은 해당과정의 중간 산물인 글리세르알데히드-3-인산과 과당-6-인산으로 전환된다. (식물생리와 발달 6판. p310) 이 문장에 의하면 PPP는 우회경로로 PGAL(G3P)도 만드는게 맞지 않나요?

[아쟈아쟈!!!]

적혈구에서 미토콘드리아가 없기 때문에 PPP회로로 부터 NADPH를 공급받아야 하므로 PPP회로가 필요하다고 했는데
미토콘드리아에서 일어나는 해당과정과 시트르산과정에서는 NADH가 생성되니 관련이 없는것 같은데
왜 미토콘드리아가 없는게 PPP회로가 필요한건지 모르겠네요ㅜㅜ 제가 놓치고 있는 부분이 무엇인지ㅜㅜ

[Snare]

적혈구에서는 성숙과정에서 핵, 내막계, 미토콘드리아 등이 소실되며, 물질의 생합성에 필요한 에너지를 공급해줄 수 있는 자체 소기관이 없습니다. 따라서 세포질로부터 공급받은 Glucose-6phosphate를 G6PD를 통해 PPP회로를 거치는 과정에서 생성되는 NADPH를 통해 물질의생합성에 필요한 에너지를 얻게되죠.

[oxLor]

감사해용. 그림짱

[마무리]

총론 교재로는 이해가안되서 찾아봤는데 설명 너무깔끔하네요 감사합니당 이해가 정말 잘 됐어요

[화이띵:@]

PPP회로 부분은 이해가 안가 그냥 넘겼던 부분인데
이렇게 자세하게 설명해주셔서 감사합니다 ^_^

[飛烏]

네. 산소가 없는 조건이기 때문입니다.

[飛烏]

네~ ATP수율을 간단하게 탄소수로 비교해서 생각하시면 될 것같아요.

[가온누리]

ppp회로 비산화적 반응과 ppp 회로 우회는 다른 것인가요??

[2022BT]

실험 과정 (라)의 ‘산소가 없는 조건에서 배양한다’ 의 의미는 해석을 어떻게 하면 될까요?

[飛烏]

문제. A가 해당 과정에 미치는 영향을 알아보고자 한 실험이다.

해당 과정만을 보고자 산화적 인산화 과정을 배제한 것입니다.

[김자]

HGPRT결핍 골수종이 왜 HAT배지에서 생존할 수 없는지 명료하게 설명해주셔서 감사합니다 ㅎㅎㅎ