보조 인자

철-황 중심, 헴을 포함하는 여러 보조 인자들을 보여주는 석신산 탈수소효소.]] **보조 인자**(補助因子, cofactor)는 촉매로서 효소의 활성에 필요한 비단백질성 유기 화합물 또는 금속 이온이다. 촉매는 화학 반응의 속도를 증가시키는 물질이다. 보조 인자는 생화학적 변형을 도와주는 "도우미 분자"로 간주될 수 있다. 이러한 효소에 의한 화학 반응의 속도는 효소 반응속도론에서 연구된다. 보조 인자는 일반적으로 결합을 유지하여 기능을 유도한다는 점에서 리간드와 다르다. 보조 인자는 무기 이온과 조효소(복잡한 유기 분자)의 두 가지 유형으로 나눌 수 있다.pages=93–94 조효소는 대부분 비타민 및 기타 유기 필수 영양소로부터 소량으로 유도된다. 일부 과학자들은 보조 인자라는 용어의 사용을 무기 물질로 제한하기도 하지만, 일반적으로 보조 인자라는 용어는 유기 화합물과 무기 화합물을 모두 포함하는 개념이다.archive-url=https://web.archive.org/web/20110207095519/http://academic.brooklyn.cuny.edu/biology/bio4fv/page/coenzy_.htmaccess-date=2007-11-17 조효소는 두 가지 유형으로 더 나눌 수 있다. 첫 번째 유형의 조효소는 보결분자단(prosthetic group)이라고 불리며, 단단하게 또는 공유 결합으로 결합되어 있고, 단백질에 영구적으로 결합된 조효소로 구성된다.name-list-| class="wikitable" ! 이온 !! 해당 이온을 포함하고 있는 효소의 예 |- || Cu2+ || 사이토크롬 c 산화효소 |- || Fe2+ 또는 Fe3+ || 카탈레이스
사이토크롬 (헴을 통해)
질소고정효소
수소화효소 |- || Mg2+ || 포도당 6-인산가수분해효소
헥소키네이스
DNA 중합효소 |- || Mn2+ || 아르지네이스 |- || Mo2+ || 질산 환원효소
질소고정효소
잔틴 산화효소 |- || Ni2+ || 유레이스 |- || Zn2+ || 알코올 탈수소효소
탄산무수화효소
DNA 중합효소 |} [[파일:2Fe2S.png|섬네일|오른쪽||2개의 철 원자와 2개의 황 원자를 포함하는 단순한 [Fe2S2] 클러스터는 4개의 시스테인 잔기에 의해 조정된다.]]
## 철-황 클러스터
철-황 클러스터 철-황 클러스터는 시스테인 잔기에 의해 단백질 내에 포함된 철과 황 원자의 복합체이다. 철-황 클러스터는 전자전달, 산화환원 감지 및 구조 모듈을 포함한 구조적, 기능적 역할을 모두 수행한다.s2cid=21961142
# 유기 보조 인자
유기 보조 인자는 효소에 느슨하게 또는 단단히 결합되어 반응에 직접적으로 참여할 수 있는 작은 유기 분자(일반적으로 1,000 Da 미만의 분자량)이다.url-access=registrationurl-access=registrationname-list-| class="wikitable" ! **보조 인자** !! **비타민** !! **추가적인 구성 성분** !! **전달되는 화학 그룹** !! **분포** |- |티아민 피로인산s2cid=20415735|| 티아민 (B1) || 피로인산 ||2-탄소 그룹, α 절단 || 세균, 고세균, 진핵생물 |- | NAD+ 및 NADP+ || 니아신 (B3) || ADP || 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 피리독살 인산pmid=15189147 || 피리독신 (B6) || 없음 || 아미노기 및 카복실기 || 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 메틸코발라민url = https://digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1458&context;=biochemfacpub || 비타민 B12|| 메틸기 || 아실기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 코발라민 || 코발라민 (B12) || 없음 || 수소, 알킬기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 비오틴pmid=12769720 || 비오틴 (B7) || 없음 || CO2 || 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 조효소 Apmid=15893380 || 판토텐산 (B5) || ADP || 아세틸기 및 다른 아실기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 테트라하이드로폴산s2cid=218866247 || 폴산 (B9) || 글루탐산 잔기 || 메틸기, 폼일기, 메틸렌기 및 폼이미노기 || 세균, 고세균, 진핵생물 |- |메나퀴논url-status= || 비타민 K || 없음 || 카보닐기 및 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |아스코르브산doi-access=free || 비타민 C || 없음 || 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 플라빈 모노뉴클레오타이드pmid=17275397 || 리보플라빈 (B2) || 없음 ||전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드 || 리보플라빈 (B2) || ADP || 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |조효소 F420s2cid=12634062 || 리보플라빈 (B2) || 아미노산 || 전자|| 메테인 생성균 및 일부 세균 |}
## 비비타민
{| class="wikitable" ! **보조 인자** !! **전달되는 화학 그룹** !! **분포** |- |아데노신 삼인산name-list-|| 인산기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |*S*-아데노실 메티오닌pmid=8647346 || 메틸기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |조효소 Bpmid=3086878 || 전자|| 메테인 생성균 |- | 조효소 Marchive-url=https://web.archive.org/web/20090525044423/http://www.jbc.org/cgi/reprint/249/15/4879pmid=104960 || 메틸기|| 메테인 생성균 |- | 조효소 Qarchive-date=16 December 2008 || 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |사이티딘 삼인산url-access=registration || 다이아실글리세롤 및 지질 머리 그룹 || 세균, 고세균, 진핵생물 |- |글루타티온isbn=978-1-4020-0178-9pmid=6137189 || 전자|| 일부 세균 및 대부분의 진핵생물 |- |헴pmid=15078160 || 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- | 리포아마이드 || 전자, 아실기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |메타노퓨란doi-access=free || 폼일기|| 메테인 생성균 |- |몰리브도프테린doi-access=freepmid=16784786 || 산소 원자 || 세균, 고세균, 진핵생물 |- |당뉴클레오타이드pmid=351635 || 단당류|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |3'-포스포아데노신-5'-포스포설페이트pmid=11396917 || 황산기|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |피롤로퀴놀린 퀴논s2cid=3094647 || 전자|| 세균 |- |테트라하이드로바이오프테린pmid=10727395 || 산소 원자 및 전자|| 세균, 고세균, 진핵생물 |- |테트라하이드로메타노프테린pmid=2115763 || 메틸기|| 메테인 생성균 |}
## 대사 중간생성물로서의 보조 인자
니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드의 [[산화환원반응]] 물질대사는 광범위한 화학 반응을 포함하고 있지만, 대부분은 작용기의 전달을 포함하는 몇 가지 기본적인 반응 유형들로 구분할 수 있다.doi-access=free 이러한 화학 반응들은 세포가 작은 세트의 대사 중간생성물들을 사용하여 서로 다른 반응들 사이에 화학 작용기들을 운반할 수 있도록 한다.pmid=354490 이러한 작용기 전달 중간생성물은 보통 조효소라고 부르는 느슨하게 결합된 유기 보조 인자이다. 작용기 전달 반응의 각 부류는 작용기를 생성하는 효소 세트의 기질인 특정 보조 인자와 이러한 작용기를 소비하는 효소 세트에 의해 수행된다. 이러한 반응의 예는 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD+)를 보조 인자로 사용하는 탈수소효소이다. 수백 가지 유형의 효소가 기질로부터 전자를 NAD+로 전달하여 NADH로 환원시킨다. 이러한 환원된 보조 인자는 기질을 환원시키기 위해 전자를 필요로 하는 세포 내 환원효소의 기질이 된다.pmid=17295611 따라서 이러한 보조 인자는 물질대사의 일부로 지속적으로 재사용된다. 예를 들어 인체의 ATP의 총량은 약 0.1몰이다. 이러한 ATP는 계속해서 ADP로 분해되고, 다시 ATP로 합성된다. 따라서 어떤 주어진 시간에서 ATP+ADP의 총량은 상당히 일정하다. 사람이 매일 사용하는 에너지는 100~150몰의 ATP가 가수분해될 때 나오는 에너지이며, 이는 약 50~75 kg에 해당하는 양이다. 일반적인 상황에서 사람은 하루 동안 자신의 체중 만큼의 ATP를 소모한다.url-status= 이는 각 ATP 분자가 매일 1,000~1,500회 재활용된다는 것을 의미한다.
## 진화
생명의 기원 ATP 및 NADH와 같은 유기 보조 인자는 알려진 모든 형태의 생명체에 존재하며 물질대사의 핵심적인 부분을 담당한다. 이러한 보편성은 이들 분자가 생명 역사의 초기부터 진화해 왔다는 것을 나타낸다.pmid=17443876 따라서 현존하는 보조 인자들 중 일부는 약 38억년 전에 출현한 최초의 생명체에 존재했을 수도 있다.pmid=9889982pmid=8706840 유기 보조 인자는 지구 상의 생명체의 역사에서 훨씬 더 일찍 존재했을 수도 있다.s2cid=22282629 아데노신의 뉴클레오타이드는 메틸기, 아실기, 포스포릴기 전달과 같은 기본적인 대사 반응과 산화환원반응을 촉매하는 보조 인자에 존재한다. 따라서 이러한 보편적인 화학적 골격은 RNA 월드의 잔재로 제안되었으며, 초기 리보자임은 제한된 세트의 뉴클레오타이드 및 관련 화합물에 결합하도록 진화해 왔다.pmid=14687414pmid=12458080 아데노신 기반의 보조 인자는 원래 다른 보조 인자에 결합하도록 진화했던 기존의 아데노신 결합 도메인의 작은 변형을 통해 효소와 리보자임이 새로운 보조 인자에 결합할 수 있도록 하는 상호교환 가능한 어댑터 역할을 한 것으로 생각된다.pmid=11455601 새로운 사용을 위해 미리 진화된 구조를 적응시키는 과정을 굴절적응(exaptation)이라고 한다. 컴퓨터 프로그램인 IPRO는 최근 *Candida boidinii*의 자일로스 환원효소의 보조 인자인 NADPH에 대한 특이성을 NADH로 바꾸는 돌연변이를 예측했다.pmid=19693930
## 역사
생화학의 역사 최초로 발견된 유기 보조 인자는 아서 하든과 윌리엄 영(William Young)이 1906년에 확인한 NAD+이다.doi-access=free 그들은 가열하지 않은 효모 추출물에 가열한 효모 추출물을 첨가하면 알코올 발효가 크게 가속화된다는 사실을 발견했다. 이에 가열해도 파괴되지 않는 미확인 인자를 "coferment"라고 불렀다. 한스 폰 오일러켈핀은 효모 추출물을 어렵게 정제하여 이러한 열안정 인자가 당뉴클레오타이드 인산염이라는 것을 확인했다.access-date=2007-09-30 다른 보조 인자들은 20세기에 확인되었는데, ATP는 1929년에 칼 로만(Karl Lohmann)에 의해 분리되었고,s2cid=20328411 조효소 A는 1945년에 프리츠 앨버트 리프먼에 의해 발견되었다.archive-url=https://web.archive.org/web/20081216081515/http://www.jbc.org/cgi/reprint/160/1/173 이들 분자의 기능은 처음에는 설명하기 힘들었지만, 1936년에 오토 하인리히 바르부르크는 수소화물 전달에서 NAD+의 기능을 확인했다.doi=10.1002/hlca.193601901199 이러한 발견은 1940년대 초에 당의 산화와 ATP의 생성 사이의 연관성을 확립한 헤르만 칼카르(Herman Kalckar)의 연구로 이어졌다.s2cid=26999163 이것으로 1941년에 프리츠 앨버트 리프먼이 제안한 에너지 전달에서의 ATP의 중심적인 역할이 확인되었다.doi=10.4159/harvard.9780674366701.c141 이후, 1949년에 모리스 프리드킨(Morris Friedkin)과 앨버트 레스터 레닌저(Albert Lester Lehninger)는 NAD+가 시트르산 회로 및 ATP 합성과 같은 대사 경로들을 연결한다는 것을 증명했다.pmid=18116985
# 단백질 유래 보조 인자
많은 효소에서 보조 인자로 작용하는 부분은 단백질 서열 일부의 번역 후 변형에 의해 형성된다. 이것은 종종 단백질의 기능을 위해 금속 이온과 같은 외부 결합 인자의 필요성을 대체한다. 잠재적인 변형은 방향족 잔기의 산화, 잔기 간의 결합, 절단 또는 고리 형성이 될 수 있다.year=2007 이러한 변형은 아미노산이 일반적으로 새로운 기능을 획득한다는 점에서 인산화, 메틸화, 글리코실화와 같은 다른 번역 후 변형과는 다르다. 이것은 단백질의 기능을 증가시킨다. 변형되지 않은 아미노산은 일반적으로 산-염기 반응으로 제한되며, 잔기의 변형은 단백질의 친전자성 부위 또는 자유 라디칼을 안정화시키는 능력을 제공할 수 있다. 보조 인자 생성의 예로는 두 개의 트립토판 곁사슬에서 유래된 트립토판 트립토필퀴논(TTQ)doi = 10.1146/annurev-biochem-051110-133601과 Ala-Ser-Gly 모티프에서 유래된 4-메틸리덴-이미다졸-5-온(MIO)이 있다.bibcode = 2013PNAS..110.8069H 단백질 유래 보조 인자의 특성화는 X선 결정학 및 질량분석법을 사용하여 수행된다. 시퀀싱은 변경된 부위를 쉽게 식별하지 못하기 때문에 구조 데이터가 필요하다.
# 비효소 보조 인자
비효소 보조 인자라는 용어는 생물학의 다른 영역에서 단백질이 기능하는 데 활성화되거나 불활성화되거나 또는 요구되는 비단백질(또는 단백질) 분자들을 보다 더 광범위하게 지칭하는 데 사용된다. 예를 들어 수용체 단백질에 결합하여 활성화시키는 호르몬과 같은 리간드는 보조 인자 또는 보조활성인자(coactivator)라고 하는 반면, 수용체 단백질을 억제하는 분자는 보조억제인자(corepressor)라고 한다. 그러한 예 중 하나는 감각 뉴런에서 자주 발견되는 수용체의 G 단백질 연결 수용체 패밀리이다. 수용체에 결합하는 리간드는 G 단백질을 활성화한 다음 효소를 활성화시켜 효과인자를 활성화시킨다.url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21718/ 혼동을 피하기 위해 리간드 결합 매개 활성화 또는 억제하는 단백질을 공동조절인자(coregulator)로 하자는 것이 제안되었다.doi = 10.1210/me.2008-0201
# 더 읽을거리
* url=https://archive.org/details/introductiontoen0000bugg