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기적의 효소에 숨겨진 비밀: 글루타메이트 탈수소효소가 건강에 왜 필수적인가?
글루타메이트 탈수소효소(GLDH, GDH)는 원핵생물과 진핵생물 모두의 미토콘드리아에서 발견될 수 있는 효소입니다. 이 효소가 촉매하는 반응은 α-케토글루타르산을 생성하는 것뿐만 아니라 암모니아도 생성합니다. 진핵생물에서 이 암모니아는 일반적으로 요소 회로에서 기질로 처리됩니다. 포유류에서는 일반적으로 α-케토글루타르산이 글루타메이트로 전환되지 않는다. 그 이유는 글루타메이트 탈수소효소의 균형이 암모니아와 α-케토글루타르산 생성에 유리하기 때문이다.
뇌에서 NAD+/NADH 비율은 산화적 탈아민화(즉, 글루타메이트를 α-케토글루타르산과 암모니아로 전환)를 촉진합니다.
이 효소는 미생물에서는 다르게 작용합니다. 즉, 암모니아를 아미노산으로 동화시키고, 이 아미노산은 글루타메이트와 아미노트랜스퍼라제에 의해 대사됩니다. 식물에서 글루타메이트 탈수소효소의 작용은 환경과 압력에 따라 다른 방향의 반응을 보입니다. 형질전환 식물이 미생물의 GLDH를 발현하면 제초제, 물 부족, 병원균 감염에 대한 내성이 더 높아지고 영양가도 증가합니다. 이로 인해 글루타메이트 탈수소효소는 세포 이화작용과 동화작용 경로의 핵심 연결고리가 되며, 따라서 진핵생물에서는 어디에나 존재합니다.
인간의 경우 관련 유전자는 GLUD1(글루타메이트 탈수소효소 1)과 GLUD2(글루타메이트 탈수소효소 2)라고 하며, 인간 유전체에는 최소한 5개의 GLDH 유사 유전자가 존재합니다.
임상 적용
GLDH는 의료 실험실에서 측정하여 간 기능을 평가할 수 있습니다. 혈청 GLDH 수치가 높으면 간 손상을 나타내며, GLDH는 특히 아미노전이효소와 함께 측정될 때 간 질환의 감별 진단에 중요한 역할을 합니다. GLDH는 주로 미토콘드리아에 존재하기 때문에 바이러스성 간염과 같은 전신성 염증성 간 질환에서는 거의 감지되지 않습니다.
독성 간 손상이나 저산소 간 질환 등 간세포 괴사를 특징으로 하는 일부 간 질환은 종종 높은 수준의 혈청 GLDH를 동반합니다. 극도로 높은 아미노전이효소 수치가 동시에 나타나면 GLDH는 급성 바이러스성 간염과 급성 독성 간괴사 또는 급성 산소 결핍 간 질환을 구별하는 데 중요한 역할을 합니다. GLDH는 또한 임상 시험에서 약물의 안전성을 측정하는 데 사용될 수 있습니다.
GLDH에 대한 효소면역측정법(EIA)은 클렙시엘라 감염 환자를 위한 선별 도구로 사용될 수 있습니다.
보조 인자
NAD+ (또는 NADP+)는 글루타메이트 탈수소효소 반응의 보조 인자이며, 부산물로 α-케토글루타르산과 암모니아를 생성합니다. 사용되는 보조 인자에 따라 글루타메이트 탈수소효소는 다음 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
EC 1.4.1.2: L-글루타메이트 + H2O + NAD+ ⇌ 2-케토글루타르산 + NH3 + NADH + H+
EC 1.4.1.3: L-글루타메이트 + H2O + NAD(P)+ ⇌ 2-케토글루타르산 + NH3 + NAD(P)H + H+
EC 1.4.1.4: L-글루타메이트 + H2O + NADP+ ⇌ 2-케토글루타르산 + NH3 + NADPH + H+
질소 흐름의 역할
동물과 미생물에서 암모니아 흡수는 글루타메이트 탈수소효소와 글루타민 합성효소의 작용을 통해 달성됩니다. 글루타메이트는 포유류와 미생물의 질소 흐름에 중심적인 역할을 하며, 질소 공여체와 질소 수용체로 작용합니다.
글루타메이트 탈수소효소의 조절
인간의 경우 글루타메이트 탈수소효소의 활동은 SIRT4 유전자에 의해 수행되는 공유 결합 변형인 ADP-리보실화에 의해 조절됩니다. 칼로리 제한과 혈당 수치가 낮으면 이러한 조절이 완화되어 α-케토글루타르산 생성이 늘어나 크렙스 회로와 궁극적으로 ATP 생성에 활용될 수 있습니다.
미생물에서 효소의 활동은 암모니아 농도와 동족 루비듐 이온에 의해 제어되는데, 이러한 이온은 GLDH의 이성질 부위에 결합하여 효소의 Km(미카엘리스 상수)을 변화시킵니다.
인슐린을 분비하는 β-세포에서 ADP-리보실화는 글루타메이트 탈수소효소 조절에 특히 중요합니다. ATP:ADP 비율이 증가하면 베타 세포는 더 많은 인슐린을 분비하며, 이 비율의 증가는 GLDH에 의한 아미노산 분해로 생성되는 α-케토글루타르산과 관련이 있습니다. SIRT4는 인슐린 분비를 조절하고 혈당 수치를 관리하는 데 필수적입니다.
소 간의 글루타메이트 탈수소효소는 1950년대 후반과 1960년대 초반에 뉴클레오타이드에 의해 조절되었는데, 이 현상은 칼 프리덴에 의해 자세히 기술되었습니다. 그는 ADP, ATP, GTP와 같은 뉴클레오티드의 효과를 설명했을 뿐만 아니라 NADH와 NADPH 사이의 다양한 운동적 행동도 자세히 설명했습니다. 이로 인해 이 효소는 나중에 이성질체적 행동으로 기술되는 현상을 보이는 최초의 효소 중 하나가 되었습니다. 시간이 지나면서 연구자들은 다양한 테스트 방법을 사용하여 오랫동안 트랜스아미나제를 활성화하는 것으로 알려진 L-류신과 같은 일부 아미노산을 식별해 왔습니다.
이러한 발견은 글루타메이트 탈수소효소가 우리 건강에 미치는 영향과 이 놀라운 효소가 생물학적 대사 사슬의 핵심 역할에 대한 우리의 이해를 다시 한 번 어떻게 바꿀 것인지에 대해 생각하게 합니다. 이러한 초점이 미래에 인간 건강에 더 큰 영향을 미칠까요? ? 더 큰 기여를 하시겠습니까?
