●시트르산회로는 높은 이동 포텐셜을 갖는 전자들, GTP, 그리고 CO2를 생산한다 *시트르사회로의 알짜반응은: Acetyl CoA + NAD++FAD+ADP+Pi+2H2O → 2 CO2+3NADH+FADH+ATP+2H++CoA
*방사능원소 표지법 연구에 의하면 TCA cycle로 들어오는 acetyl기의 두 탄소원자들은 바로 그 회로에서는 이산화탄소로 나가지않고 그다음번의 회로들에서 빠져나가는 것으로 밝 혀졌다.
*시트르산회로 효소들은 서로 물리적으로 결합되어있다 (여기서 ‘결합’이라함은 주로 비 공유결합등을 통한 느슨한 묶음형태- 영어로는 ‘associate되었다’로 표현)는 증거들이 많아지 고있다. 이처럼 하나의 대사경로 효소들이 물리적으로 묶여 하나의 일시적인 다효소 복합체 를 이룰 때 이를 ‘metabolon (대사단위체)’라 부르는데 이는 공통으로 전사되는 유전자들의 묶음체인 ‘operon’에서 패러디하여 만들어진 말이다. 효소들이 metabolon을 형성하면 효소 들의 활성부위들 사이의 통로로 기질들이 이동하여 순차적으로 이용되기 때문에 (기질통 로, substrate channeling)반응속도가 빨라지고, 부반응이나 생성물들의 가수분해등의 부작용 을 최소화할 수 있는 장점이 있다
*후에 전자전달사슬을 통하여 NADH 와 FADH2속의 전자들이 산소분자에까지 전달되면 NADH 한분자당 2.5 ATP, FADH2한 분자당 1.5 ATP가 생성된다
*시트르산회로에서 분자상의 산소 (O2)가 직접 회로에 참여하지는 않지만 이 회로는 호 기성조건에서만 일어나는데 그 이유는 이 회로의 효소들에 조효소로 사용되는 NAD+와 FAD 가 산소분자에게로 전자전달이 일어날때만 재생되기때문이다. 반면에 해당은 호기성조건과 혐기성조건 모두에서 일어날수있다.
17.3 시트르산회로로 들어가는 반응과 이 회로를 통한 대사는 조절된다
●피루브산 탈수소효소복합체 (pyruvate dehydrogenase complex)는 다른자리입체적으로 (allosterically) 그리고 가역적인산화 (reversible phosphorylation)에 의해 조절된다
*피루브산이 acetyl CoA로되는 이 반응의 자유에너지변화는 대단히 음의값이기 때문에 역반응은 일어나기어렵다. 이것이 동물에서는 지질이 탄수화물 (포도당)으로의 순수전환이 불가능한 이유이다. 식물이나 세균들에서는 glyoxylate cycle이라는 회로 덕택에 이의 변환이 가능하다.
*진핵세포들에서 이 탈수소효소 복합체의 활성을 조절하는 가장 주요한 방법은 공유결 합성 변형 (covalent modification), 그중에서도 인산화/탈인산화 (phosphorylation/dephosphorylation)이다. Pyruvate dehydrogenase kinase (PDK)라는 protein kinase에 의하여 인산화되면 pyruvate dehydrogenase는 불활성화되는데 이를(불활 성화를) 촉진하는 세포내의 인자들로는 ATP, NADH, acetyl CoA 등이다. 그러니 세포의 에 너지상태가 높고 생합성전구체양이 풍부하면 피루브산 탈수소효소는 불활성화하여 피루브산 으로부터 acetyl CoA의 생성은 억압되는셈이다. 반면에 세포의 에너지부하 상태가 낮을때에 는 pyruvate와 ADP가 PDK를 억압하여 pyruvate dehydrogenase의 인산화를 방해함으로써 탈수소효소를 활성화시키고 또한 칼슘이온에 의한 pyruvate dehydrogenase phosphatase이 라는 protein phosphatase의 활성화로 인산화된 탈수소효소들의 탈인산화도 함께 진행되어 피루브산으로부터 acetyl CoA에로의 전환은 촉진된다
*Pyruvate dehydrogenase phosphatase가 결핍된 사람들은 피루브산 탈수소효소가 항 상 인산화되어 불활성이기 때문에 피루브산이 acetyl Co가 아닌 젖산 (lactate)으로 변하여 과잉의 젖산으로인한 젖산 산혈증 (lactic acidosis)으로 중추신경계의 기능부진이 야기된다 ●시트르산회로는 여러곳에서 조절된다
*시트르산회로의 중요한 두곳의 조절점은:
1. Isocitrate dehydrogenase: ATP 와 NADH에 의해 저해되며 ADP에 의해 촉진된다
2. α-KG dehydrogenase: ATP, NADH에 의해 저해된다
*즉, 시트르산회로도 해당과 마찬가지로 세포의 고에너지상태때 억제되고 반대일때 촉 진된다
*많은 세균에서는 OAA + acetyl CoA→Citrate의 첫반응도 ATP에 의해 저해되는데 이때 ATP는 이 반응을 촉매하는 citrate synthase의 acetyl CoA에 대한 KM값을 높이는 구실을 함 으로써 저해함
●시트르산회로의 결함들은 암발생에 기여한다
*TCA cycle 효소들인 succinate dehydrogenase, fumarase와 pyruvate dehydrogenase kinase들이 모두 돌연변이되어 결핍되면 →succinate와 fumarate가 축적→prolyl hydroxylase 2 활성화→HIF-1 안정화 (proteasome에 의해 분해안되기 때문)→해당과정의 효소들과 포도 당 수송체 단백질들의 유전자전사 촉진 (및 혈관신생 촉진)→호기성 해당과정 촉진 및 혈관 신생 촉진→암발생 촉진
*따라서 암발생도 성장인자단백질들이나 세포분열주기 조절 단백질들등 세포분열에 과 계하는단백질들의 돌연변이들에 의해서만 생길수있는것이 아니라 TCA 회로와 같은 단순 한 대사경로의 고장으로도 촉발될수 있다는 것을 알수있다
17.4 시트르산회로는 생합성에 필요한 전구물질들의 원천이기도한다
*해당과 마찬가지로 TCA cycle도 에너지생산을 위한 이화경로의 중요성 뿐만 아니라 동 화경로인 생합성경로에 쓰이는 중간물질 또는 전구체 물질들도 공급하는 경로이기도 하기 때문에 amphibolic pathway인 셈이다. 예를들면 succinyl CoA는 헴이나 클로로필(엽록소) 의 골격인 포피린의 원료물질로, 그리고 α-KG과 OAA는 아미노산들인 글루탐산 (glutamate)과 아스파르트산 (aspartate)으로 변할수있고 OAA는 포도당 신생합성과정에 이용될수도 있다
●시트르산회로는 시속하게 보충될수있어야한다
*시트르산회로의 중간물질들이 이처럼 생합성경로에 이용되어 회로 중간물질들의 농도 가 낮아지면 이들이 보충되어야 하는데 이를 보충회로 (anaplerotic pathway)라한다. 이 경로들중에서 가장 중요한 보충경로는 pyruvate carboxylase (피루브산 카복실화 효소) 에 의해 촉매되는 다음의 반응이다
pyruvate + CO2+ATP+H2O→OAA+ADP+Pi+2H+
●피루브산 대사의 파괴는 각기병의 원인이고 수은과 비소중독의 원인이된다
*비타민 B1 (티아민, thiamine)의 결핍→TPP (티아민 피로인산, 티아민의 조효소형태) 부족→pyruvate dehydrogenase complex, α-ketoglutarate dehydrogenase complex, transketolase (pentose phosphate pathway의 효소)의 활성결핍으로 주로 인지감각손상 및 사지약화, 통증 등신경계통과 심장혈관계통에 장애를 보이는 각기병에 걸림
*수은이나 비소에 노출되면 각기병과 유사한 증상을 보이는데 그 이유는 이들 화합물 들이 pyruvate dehydrogenase complex의 E-3 효소의 조효소인 환원형의 dihydrolipoyl group에 결합하여 이 효소를 저해하기 때문이다. 1차대전중 비소에 기반한 lewisite라는 생물무기에 대한 해독제로 BAL로 명명된 2,3-dimercaptopropanol이 개발, 사용되었다. 이 해독제 또한 환원형의 dihydrolipoyl group과 마찬가지로 환원형의 두 sulfhydryl group을 가지고있어 비소화합물에 대해서 경쟁적으로 작용하기 때문에 해독제로 작용
●시트르산회로는 이미 앞서 존재하던 경로들에서 진화했을것이다
17.5 글리옥실산회로는 식물과 박테리아가 아세트산을 섭취해서 생장할수있게한다
*글리옥실산회로 (glyoxylate cycle)는 시트르산회로와 일부를 공유하는데 이 회로에 독 특한 두개의 효소, 즉 isocitrate lyase 와 malate synthase의 작용으로 인하여 acetyl CoA들
로부터 회로외의 화합물인 숙신산을 알짜로 얻기 때문에 이를 이용하여 OAA를 알짜로 만 들수있고 이를 이용하여 포도당 신생합성을 알짜로 할수있기 때문에 결국 지질로부터 (정화 하게는 지질의산화에서 유래한 acetyl CoA으로부터) 탄수화물로의 (정확히는 포도당으로의) 전환이 가능하다. 그러나 동물들은 이 glyoxylate cycle이 없고 acetyl CoA→pyruvate의 전환 도 안되기 때문에 지질에서 탄수화물로의 알짜 전환이 불가능하다. 식물에서 이 회로의 효 소들은 glyoxysome이라는 세포소기관속에 있다.
