유기 보조 인자 및 보결분자단

일부 유기 보조 인자는 각 반응 후에 방출되지 않고 촉매 작용 내내 효소에 단단히, 또는 심지어 공유 결합으로 부착되어 있습니다. 헴(heme), 플라빈 FAD 및 FMN, 리포산(lipoic acid), 그리고 공유 결합된 바이오틴(biotin)과 같은 이러한 보결분자단은 해리 가능한 보조 기질이라기보다는 작동하는 효소의 영구적인 부분이 됩니다.

Definition

유기 보조 인자는 효소 활성에 필요한 비단백질 탄소 함유 분자입니다. 이러한 보조 인자가 효소에 단단히 또는 공유 결합으로 결합되어 촉매 주기를 통해 부착된 상태로 유지될 때, 이는 보결분자단(prosthetic group)이라고 불리며, 보조 기질처럼 행동하는 해리 가능한 보효소(coenzyme)와는 대조됩니다.

Scope

이 주제는 해리 가능한 보효소와 단단히 결합된 보결분자단을 구별하고, 주요 유기 보결분자단인 헴 및 기타 테트라피롤(tetrapyrroles), 결합된 플라빈, 리포산, 그리고 공유 결합된 바이오틴과 이들이 기여하는 화학적 특성을 다룹니다. 이는 유기 보조 인자 생화학에 대한 참고 개요이며, 임상 지침은 아닙니다.

Core questions

• 보결분자단과 해리 가능한 보효소의 차이점은 무엇입니까?
• 헴 그룹은 어떻게 산소 결합 및 산화환원 촉매 작용을 가능하게 합니까?
• 리포일 또는 바이오티닐과 같은 공유 결합된 보조 인자는 효소 복합체 내에서 중간체를 어떻게 이동시킵니까?
• 일부 플라보효소는 왜 플라빈을 공유 결합으로 결합합니까?

Key concepts

• 해리 가능한 보효소 대 결합된 보결분자단
• 헴 및 기타 테트라피롤 보조 인자
• 공유 결합된 플라빈(FAD/FMN)
• 스윙 암으로서의 리포산
• 카르복실화효소에 공유 결합된 바이오틴
• 다중효소 복합체 내 기질 채널링

Mechanisms

보결분자단은 효소와 함께 머무르며 정의된 화학적 특성을 제공합니다. 철-포르피린(iron-porphyrin)인 헴 그룹은 산소를 결합하고 활성화하며 전자 전달 및 산소화를 지원하는데, 이는 헴 단백질과 헴 효소의 화학적 기반이 됩니다 (Poulos, 2014). 때로는 공유 결합된 플라빈 보결분자단(FAD 및 FMN)은 플라보단백질에 특징적인 1전자 및 2전자 산화환원 다용성을 부여합니다 (Macheroux et al., 2011). 라이신 잔기에 공유 결합된 리포산은 2-옥소산 탈수소효소 복합체(2-oxo acid dehydrogenase complexes)의 활성 부위 사이에서 반응 중간체를 운반하는 긴 '스윙 암(swinging arm)' 역할을 합니다 (Reed, 2001; Solmonson & DeBerardinis, 2018). 공유 결합된 바이오틴은 카르복실화효소(carboxylases)에서 유사한 이동성 운반체 역할을 합니다. 보조 인자를 고정시킴으로써 효소는 반응성 중간체를 방출하는 대신 위치시키고 전달할 수 있으며, 이는 결합된 보조 인자와 금속 부위가 촉매 작용을 조절하는 더 넓은 그림을 보완합니다 (Holm et al., 1996; Nelson & Cox, 2021).

Clinical relevance

헴 및 관련 보결분자단은 산소 운반, 호흡 및 이물질 대사의 기초가 되며, 리포산과 같은 공유 결합된 운반체는 에너지 대사에서 산화적 탈카르복실화의 중심이므로, 이러한 생화학은 대사 및 약리학에 정보를 제공합니다. 이 항목은 메커니즘을 설명하며 개별 진단 또는 치료의 근거가 아닙니다.

History

자유롭게 해리되는 보효소와 단단히 부착된 보결분자단 사이의 구별은 효소학 초기부터 이루어졌으며, 헴 단백질, 플라보단백질, 그리고 큰 2-옥소산 탈수소효소 복합체의 구조가 밝혀지면서 정교해졌습니다. 리포산을 탈수소효소 복합체와 연결하는 연구 및 헴 효소의 구조 연구는 고정된 보조 인자가 어떻게 채널링된 다단계 촉매 작용을 가능하게 하는지를 보여줍니다 (Reed, 2001; Poulos, 2014; Macheroux et al., 2011).

Seminal works

• poulos-2014
• reed-2001
• macheroux-2011
• holm-1996

Frequently asked questions

보효소와 보결분자단의 차이점은 무엇입니까?

둘 다 유기 보조 인자이지만, 보효소는 보조 기질처럼 해리되고 재생되는 반면, 보결분자단은 촉매 주기 내내 효소에 단단히 또는 공유 결합으로 결합되어 있습니다.

리포산이 왜 스윙 암이라고 불립니까?

리포산은 유연한 연결을 통해 효소에 공유 결합되어 있으므로, 다중효소 복합체의 다른 활성 부위 사이를 물리적으로 이동하며 반응 중간체를 방출하지 않고 한 곳에서 다음 곳으로 운반할 수 있습니다.