부질없는 순환

Futile cycle

기질 순환이라고도 하는 헛된 순환은 두 개의 대사 경로가 동시에 반대 방향으로 달리면서 열의 형태로 에너지를 발산하는 것 외에는 전체적인 효과가 없을 때 발생한다.[1]이 사이클이 "미래" 사이클이라고 불린 이유는 이 사이클이 유기체에 대한 순 효용성이 없는 상태에서 작동한 것으로 보이기 때문이다.이와 같이 신진대사의 기우라고 생각되어 헛된 순환이라는 이름을 붙였다.추가 조사 결과, 대사물의 농도를 조절하는 데 헛된 주기가 매우 중요한 것으로 나타났다.[2]예를 들어 글리콜리시스(glycoleisis)와 글루코네제네시스(glucolygenesis)가 동시에 활성화되면 글루코네이트(glycolyis)에 의해 포도당이 다시 피루베이트(pyruvate)로 변환된 다음 글루코네제네시스(gluconegenesegesis)에 의해 다시 변환되며, ATP는 전체 소비된다.[3]부질없는 순환은 대사 조절에 역할을 할 수 있는데, 부질없는 순환은 두 상태 사이에서 진동하는 체계일 것이고 관련된 효소의 활동에서 작은 변화에 매우 민감할 것이다.[4]이 주기는 열을 발생시키고, 예를 들어 어린 포유류의 갈색 지방조직에서 열적 동면상태를 유지하거나, 곤충의 비행근육과 토포체에서 정기적인 동면동물에서 빠르게 열을 발생시키는 데 사용될 수 있다.포도당 대사 기질 순환은 헛된 순환이 아니라 규제 과정이라고 보고되었다.예를 들어 에너지가 갑자기 필요할 때 ATP는 훨씬 더 반응성이 높은 아데닌인 AMP로 대체된다.null

예

당분해와 글루코네제네시스의 동시 수행은 다음 방정식으로 대표되는 헛된 순환의 예다.

예를 들어, 글리콜리시스 동안, 프락토스-6-인산염은 효소인포크루토키나아제 1(PFK-1)에 의해 촉매되는 반응으로 프락토스-1,6-비스인산염으로 변환된다.null

ATP + 과당-6-인산염 → 과당-1,6-비인산염 + ADP

그러나 글루코네제네시스(즉, 피루베이트 및 기타 화합물에서 포도당을 합성하는 것) 동안 과당-1,6-bisphosphatase(FBPase-1)에 의해 촉매 작용하면서 역반응이 일어난다.null

프락토스-1,6-비스인산 + HO2 → 프락토스-6-인산염i + P

다음과 같은 전반적인 반응 제공:

ATP + HO2 → ADPi + P + 열

즉, 유용한 대사 작업이 이루어지지 않은 상태에서 ATP를 가수분해하는 것이다.분명히, 이 두 반응이 같은 세포에서 높은 속도로 동시에 진행될 수 있도록 허용된다면, 다량의 화학적 에너지가 열로 소멸될 것이다.따라서 이러한 비경제적 과정은 헛된 순환이라고 불려왔다.[5]null

비만과 동족상응에 있어서 부질없는 순환의 역할

비만을 효과적으로 치료하거나 반전시킬 수 있는 약은 많지 않다.비만은 당뇨, 고혈압, 심혈관 질환 그리고 심지어 특정한 종류의 암과 같은 건강 문제와 주로 관련된 질병의 위험을 증가시킬 수 있다.miR-378을 제안하는 긍정적인 피드백에 대한 실험을 하기 위해 유전자 변형 생쥐를 이용한 비만 치료와 예방에 관한 연구는 확실히 인간의 비만을 예방하고 치료하는 유망한 요인이 될 수 있다.이번 연구결과는 miR-378을 통한 골격근의 화농-PEP 헛된 순환의 활성화가 miR-378 유전자 변형 생쥐의 지방 조직 내 지방분해 증가의 일차적인 원인이며, 근육과 지방 사이의 교차점을 조정하여 생쥐의 에너지 동점화를 제어하는 데 도움이 된다는 것을 보여준다.[6]null

헛된 순환에 대한 우리의 일반적인 이해는 기질 순환인데, 두 개의 중복 대사 경로가 반대 방향으로 흐를 때, 규제 없이 방치될 때 세포 에너지가 모두 고갈될 때까지 실제 생산 없이 계속 진행될 것이다.그러나, 이 연구의 이면에 있는 아이디어는 miR-378 활성화 피루베이트-인산인산인산인산인산염피루베이트가 규제적 효익을 발휘한다는 것을 보여준다.[6]miR-378은 지방분해 강화로 인해 하체지방량이 발생할 뿐만 아니라 헛된 순환이 신진대사를 조절하여 에너지 동태를 유지하는 것으로 추측된다.miR-378은 근육과 지방조직 사이의 대사통신을 조절하여 전신의 수준에서 에너지 동면성을 조절하는 독특한 기능을 가지고 있다.[6]null

서로 다른 종에서 작동되는 부질없는 순환의 예

헛된 주기의 존재가 낮은 수준의 ATP를 유지하고 일부 종에서 열을 발생시키는 데 어떻게 도움이 되는지 이해하기 위해 우리는 글리콜리시스 및 글루코네제네시스 상호 조절을 다루는 대사 경로를 살펴본다.null

예를 들어 제브라피쉬와 같은 많은 물고기의 수영 방광은 부력에 기여하는 가스로 채워진 내부 기관이다.이 가스샘 세포들은 모세혈관과 신경이 발견되는 곳에 있는 것으로 밝혀졌다.대사효소 분석 결과 글루코네제네시스 효소 프락토스-1,6-비스포스파타아제(Fbp1)와 글리코알데히드-3-인산탈수소효소(Gapdh)가 가스샘세포에서 고도로 발현되는 것으로 나타났다.[7]이 연구는 제브라피쉬 수영 방광의 특성화가 과당-1,6-비스인산효소 유전자를 함유해서는 안 된다는 것을 의미했다.수영 방광의 조직은 글리코네제네시스가 매우 높고 글루코네제네시스가 부족한 것으로 알려져 있으나, 주로 Fbp가 발현되는 것으로 나타났다.이 발견은 가스샘세포에서 Fbp가 ATP에 의존하는 대사 부질없는 순환을 형성한다는 것을 암시한다.ATP가 축적되면 공정이 강하게 억제되기 때문에 가스샘세포가 젖산을 합성하는 데 열 발생은 매우 중요하다.null

또 다른 예는 푸구 수영 방광의 열 발생은 발생 장소로부터 이동될 것이라고 제안하지만, 가스샘의 온도를 신체의 다른 영역보다 높게 유지하기 위해 리테 미러블을 통해 지속적으로 회수될 수 있다.null

부질없는 주기의 전반적인 순반응은 다음과 같은 ATP 소비와 열의 발생을 포함한다.

ATP + H2O --> ADP + Pi + 열

열 발생에 도움이 되는 헛된 순환의 또 다른 예는 범블 벌에서 발견된다.Fbp와 Ffk와 관련된 헛된 순환은 벌들이 비행 근육에 열을 발생시키고 낮은 주위 온도에서 그들의 몸을 상당히 따뜻하게 하기 위해 사용된다.[7]null

참조

  1. ^ Schwender J, Ohlrogge J, Shachar-Hill Y (2004). "Understanding flux in plant metabolic networks". Curr Opin Plant Biol. 7 (3): 309–17. doi:10.1016/j.pbi.2004.03.016. PMID 15134752.
  2. ^ H., Garrett, Reginald (2016-02-11). Biochemistry. Grisham, Charles M. (Sixth ed.). Boston, MA. p. 767. ISBN 9781305577206. OCLC 914290655.
  3. ^ Boiteux A, Hess B (1981). "Design of glycolysis". Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 293 (1063): 5–22. Bibcode:1981RSPTB.293....5B. doi:10.1098/rstb.1981.0056. PMID 6115423.
  4. ^ Samoilov M, Plyasunov S, Arkin A (2005). "Stochastic amplification and signaling in enzymatic futile cycles through noise-induced bistability with oscillations". Proc Natl Acad Sci USA. 102 (7): 2310–5. Bibcode:2005PNAS..102.2310S. doi:10.1073/pnas.0406841102. PMC 548975. PMID 15701703.
  5. ^ 넬슨, D. L, 레닝거, A. L, & Cox, M. M. (2008)생화학에 대한 레닝거 원칙(5차 개정, 페이지 582-583).뉴욕: W.H. 프리먼.
  6. ^ a b c Zhang, Yong; Li, Changyin; Li, Hu; Song, Yipeng; Zhao, Yixia; Zhai, Lili; Wang, Haixia; Zhong, Ran; Tang, Huiru; Zhu, Dahai (2016-03-01). "miR-378 Activates the Pyruvate-PEP Futile Cycle and Enhances Lipolysis to Ameliorate Obesity in Mice". EBioMedicine. 5: 93–104. doi:10.1016/j.ebiom.2016.01.035. ISSN 2352-3964. PMC 4816830. PMID 27077116.
  7. ^ a b Munakata, Keijiro; Ookata, Kayoko; Doi, Hiroyuki; Baba, Otto; Terashima, Tatsuo; Hirose, Shigehisa; Kato, Akira (January 2012). "Histological demonstration of glucose transporters, fructose-1,6-bisphosphatase, and glycogen in gas gland cells of the swimbladder: Is a metabolic futile cycle operating?". Biochemical and Biophysical Research Communications. 417 (1): 564–569. doi:10.1016/j.bbrc.2011.12.006. ISSN 0006-291X. PMID 22177956.

외부 링크