당질대사
이론과 하이라이트 히스토리를 확인 할 수 있어요.
해당작용부터 포도당신생합성까지 다양한 과정이 번갈아가며 출제됨, 모든 과정을 외우기보단, 강조된 부분을 확실하기 외우는 것이 필요, 음주에 따른 변화, 인슐린과 글루카곤의 역할 등이 빈출되고 있음. 인슐린과 글루카곤의 조절 과정은 각 과정을 세세하게 외우기보단, 혈당 조절에 있어 각 호르몬의 역할을 생각해 각 당질대사 과정에서 각 호르몬이 어떻게 작용할지의 흐름을 공부하는 것이 유용해 보임.
1. 해당과정(Glycolysis)
1) 의의: 미토콘드리아나 산소 없이도 2 ATP 생산 가능
2) 장소: 모든 세포의 세포질
3) 과정: Glucose → Pyruvate + 2 ATP
⓪ glucose transporter(GLUT) 통해 포도당(Glc) 유입
① Glc → G6P (GK: glukokinase), HK: hexokinase, 1 ATP 소모)
• Glc trap: 세포 막 사이 Glc 농도차 유지해 Glc의 역이동 방지
• GK: 간과 pancreatic β cell이 혈당 변화에 대응할 수 있도록 도움
GK | HK | |
보유 세포 | pancreatic β cell, liver, kidney, intestine | 대부분의 세포 |
Km | high (낮은 affinity, 높은 capacity) | low |
Insulin에 의한 유도 여부 | O | X |
② G6P → F6P (isomerase)
③ F6P → F-1,6-BP (PFK1: phosphofructokinase 1, 1 ATP 소모): 속도결정단계
④ F-1,6-BP → DHAP + GA3P (aldolase A)
⑤ DHAP → GA3P (isomerase)
• 곧, 아래 반응부터는 포도당 1개당 2 GA3P의 반응
⑥ GA3P → 1,3-BPG (GAPDH: glyceraldehyde phosphate dehydrogenase, NADH 생성)
⑦ 1,3-BPG → 3PG (PGK: phosphoglycerate kinase, 총 2ATP 생산)
⑧ 3PG → 2PG (mutase)
⑨ 2PG → PEP (enolase)
⑩ PEP → Pyruvate (PK: pyruvate kinase, 총 2ATP 생산)
4) ATP: 2ATP 소모, 4ATP 생산
5) 조절: 속도결정단계(③) 조절
• PFK1의 regulator
Positive allosteric modifier | Negative allosteric modifier |
AMP, F2,6-BP | ATP, citrate, low pH |
• F2,6BP: F6P에 PFK2가 작용해 생성
• PFK2는 인슐린, 글루카곤에 의해 조절
|
6) Pyruvate의 경로
(1) 충분한 산소, 미토콘드리아 O → acetyl-CoA (pyruvate dehydrogenase complex) → TCA cycle
(2) 부족한 산소 또는 미토콘드리아 X → lactate (lactate dehydrogenase)
• 동시에 NADH + H+ 를 NAD+로 산화: NADH + H+의 재활용
(3) 금식 → oxaloacetate (pyruvate carboxylase, cofactor: Vit.B7=Biotin) → gluconeogenesis
(4) → Alanine (transaminase)
2. 포도당신생합성(Gluconeogenesis)
1) 의의: ATP를 사용해 non-carbohydrate로부터 포도당 합성
(1) 기질: amino acids(Alanine cycle), lactate(Cori cycle), pyruvate, glycerol 등
(2) 중요성: 포도당을 에너지원으로 이용하는 뇌로의 혈당 공급에 중요
2) 장소: 주로 간
3) 과정
전반적으로 해당과정의 역과정이나, 4가지 과정이 다름 ① Pyr → OAA (PC: pyruvate carboxylase, 1 ATP 소모) ② OAA → PEP (PEPCK: phosphoenolpyruvate carboxykinase) ③ F1,6BP → F6P (F1,6BPase: fructose-1,6-bisphosphatase) ④ G6P → Glc (G6Pase: glucose-6-phosphatase) |
4) 기아 상태에서의 조절
(1) 글루카곤: PC, PEPCK, F1,6BPase, G6Pase 조절
(2) 지질 대사: fatty acid β oxidation↑ → Acetyl CoA↑ → PDH complex↓. PDK↑, PC↑
5) 알코올 섭취
(1) 알코올 해독: 알코올 → 알데하이드 → 카복실산 (각 과정에서 NAD+가 NADH로 환원)
(2) 과량의 알코올 섭취: NAD+ 결핍
(3) 임상적 의의
① 기아 상태에서 알코올 과량 섭취 시 NAD+ 결핍으로 인해 포도당 신생합성 불가 → 저혈당 쇼크 (Pyruvate: lactate로 전환)
② 간의 약물 해독 작용에 필요한 UDP-glucuronic acid 합성에도 NAD+ 필요 → 알코올 섭취 시 약 해독 작용↓
3. 글리코겐 분해(Glycogenolysis)
1) 장소: 간, 근육
2) 과정
① Glycogen → G1P (glycogen phosphorylase, debranching enzyme)
② G1P → G6P (mutase)
③-1 간: G6P → Glc → 혈액
③-2 근육: G6P → F6P → Glycolysis
3) 간과 근육의 차이: G6Pase는 간세포에만 존재
(1) 간: 포도당로 최종 분해되어 혈당 변화에 따라 혈관으로 분비 가능
(2) 근육: fructose-6-phosphate로 분해, 해당과정을 통한 자체 ATP 생산만 가능
4. 글리코겐 합성(Glycogenesis)
1) 장소: 간, 근육
2) 과정
① Glc → G6P (GK: glucokinase)
② G6P → G1P (mutase)
③ G1P → UDP-Glc(=activated Glc) (UDP-glucose pyrophosphorylase)
• G1P에 UTP가 붙으며 활성화
④ UDP-Glc → Glycogen (glycogen synthase, branching enzyme)
• glycogen synthase: glycogen의 α(1→4) bond 형성
• branching enzyme: glycogen의 α(1→6) bond 형성
3) Glucuronic acid pathway
(1) 과정: UDP-glc + 2NAD+ → UDP-glucuronic acid + 2NADH + H+
(2) UDP-glucuronic acid: Aspirin 등 약물, Bilirubin 해독
5.인산오탄당 경로(pentose phosphate pathway)
1) 속도 결정 효소: 6-인산포도당 탈수소효소(Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PD)
2) ATP 변화: X
3) 결과
(1) NADPH 공급 → 지방 합성, 활성 산소 해독 작용(글루타치온)
• NADPH → 글루타치온 환원효소 활성화 → 환원형 글루타치온↑ → 환원형 글루타치온이 세포 내 활성 산소 해독
(2) Pentose 생산 → ATP, CoA, NAD, FAD, RNA, DNA 등 합성
6. 인슐린과 글루카곤
1) 인슐린
(1) 개요: 식사 후, 혈당 높아질 때 혈당을 낮춤
(2) 조절 방향: 혈중 포도당 농도를 줄이는 방향
2) 글루카곤
(1) 개요: 금식, 혈당 낮아질 때 혈당을 높임
(2) 조절 방향: 혈중 포도당 농도를 높이는 방향
3) 해당과정 조절
(1) 인슐린과 글루카곤의 표적: PFK2/F2,6BPase-bifunctional enzyme
• PFK2: 탈인산화 시 활성화
• F2,6BPase: 인산화 시 활성화
(2) 기전: PFK2 조절 → F2,6BP 조절 → PFK1 조절 → 해당과정 조절
① 인슐린: phosphoprotein phosphatase(PP) 활성화 → PFK2/F2,6BPase 탈인산화 → [F2,6BP]↑ → PFK1 활성화 → 해당과정 촉진
② 글루카곤: GPCR 통해 adenylyl cyclase(AC) 활성화 → cAMP↑ → protein kinase A(PK-A) 활성화 → PFK2/F2,6BPase 인산화 → [F2,6BP]↓ → PFK1 비활성화 → 해당과정 억제
4) 글리코겐분해 조절
(1) 인슐린과 글루카곤의 표적: phosphorylase kinase(PhK), glycogen phosphorylase
• PhK: 인산화 시 활성화
• glycogen phosphorylase: 인산화 시 활성화
(2) 기전: phosphorylase kinase(PhK) 조절 → glycogen phosphorylase 조절 → 글리코겐분해 조절
① 인슐린: PP 활성화 → PhK, glycogen phosphorylase 탈인산화 → 글리코겐분해 억제
② 글루카곤: GPCR 통한 AC 활성화 → cAMP↑ → PK-A 활성화 → PhK 인산화 → glycogen phosphorylase 인산화 → 글리코겐분해 촉진
③ Ca2+: PhK 활성화 → glycogen phosphorylase 인산화 → 글리코겐분해 촉진
5) 글리코겐합성 조절
(1) 인슐린과 글루카곤의 표적: glycogen synthase
• glycogen synthase: 탈인산화 시 활성화
(2) 기전: phosphorylase kinase(PhK) 조절 → glycogen phosphorylase 조절 → 글리코겐합성 조절
① 인슐린: PP 활성화 → glycogen synthase 탈인산화 → 글리코겐합성 촉진
② 글루카곤: GPCR 통한 AC 활성화 → cAMP↑ → PK-A 활성화 → glycogen synthase 인산화 → 글리코겐합성 억제
Reference
• Lehninger Principles of Biochemistry 8th ed, pp.1865-2083