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

[飛烏]

생물냠 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