user: 프로피오닐-CoA의 대사 운명에 대해 설명해 줘.

gpt: 프로피오닐-CoA의 대사는 합성되는 환경에 따라 다르다. 따라서 혐기성 환경에서 프로피오닐-CoA는 호기성 환경에서와는 다른 대사 운명을 가질 수 있다. 프로피오닐-CoA 카복실화효소에 의한 이화작용 또는 메틸시트르산 생성효소에 의한 여러 대사 경로들은 또한 다양한 유전자들의 존재에 의존하고 있다.

## 프로피오닐-CoA 카복실화효소에 의한 반응
사람에서 시트르산 회로의 옥살아세트산과 상호작용하여 메틸시트르산을 형성하는 프로피오닐-CoA는 또한 프로피오닐-CoA 카복실화효소에 의한 카복실화를 통해 메틸말로닐-CoA로 촉매될 수 있다. 메틸말로닐-CoA는 나중에 석시닐-CoA로 전환되어 시트르산 회로에서 사용될 수 있다. 프로피오닐-CoA 카복실화효소는 프로피오닐-CoA의 메틸말로닐-CoA로의 카복실화를 촉매할 뿐만 아니라 여러 상이한 아실-CoA들에도 작용한다. 그럼에도 불구하고, 프로피오닐-CoA 카복실화효소는 프로피오닐-CoA에 가장 높은 친화력을 나타낸다. 또한 프로피오닐-CoA의 전환은 글루탐산과 같은 몇몇 시트르산 회로 마커의 부재에 의해 억제되는 것으로 나타났다. 작용기작은 왼쪽에 그림으로 표시되어 있다.

### 작용기작
포유류에서 프로피오닐-CoA는 중탄산염과 ATP를 필요로 하는 비오틴 의존성 효소인 프로피오닐-CoA 카복실화효소에 의해 D-메틸말로닐-CoA로 전환된다.

D-메틸말로닐-CoA는 메틸말로닐-CoA 에피머화효소에 의해 L-메틸말로닐-CoA로 전환된다.

L-메틸말로닐-CoA는 메틸말로닐-CoA 뮤테이스에 의해 시트르산 회로의 대사 중간생성물인 석시닐-CoA로 전환된다. 메틸말로닐-CoA 뮤테이스는 탄소-탄소 결합의 치환기들의 위치 이동을 촉매하기 위해 코발라민을 필요로 하는 효소이다.

메틸말로닐-CoA 뮤테이스의 작용기작은 5'-디옥시아데노실의 5' CH−와 3+의 산화 상태인 코발트 사이의 결합의 분해로 시작되며 중간생성물로 5'-디옥시아데노실 라디칼과 환원된 Co 산화 상태의 코발라민을 생성한다.

다음으로 5'-디옥시아데노실 라디칼은 메틸말로닐-CoA의 메틸기로부터 수소 원자를 뺏어서 5'-디옥시아데노신을 형성하고, 메틸말로닐-CoA는 메틸말로닐-CoA 라디칼을 형성하게 된다. 이러한 라디칼은 조효소와 탄소-코발트 결합을 형성하게 하고, 이어서 기질의 탄소 골격이 재배열되어 석시닐-CoA 라디칼이 생성되는 것으로 여겨진다. 석시닐-CoA 라디칼은 이어서 이전에 생성된 5'-디옥시아데노신으로부터 수소를 뺏어서 석시닐-CoA를 형성하고, 5'-디옥시아데노신은 5'-디옥시아데노실 라디칼을 형성하게 된다. 5'-디옥시아데노실 라디칼은 조효소를 공격하여 초기 복합체를 재형성하게 된다.

메틸말로닐-CoA 뮤테이스의 결합은 혈액의 pH를 감소시키는 위험한 이상 질환인 메틸말론산혈증을 유발한다.

## 메틸시트르산 회로
프로피오닐-CoA의 축적은 생물에 독성을 나타낼 수 있다. 프로피오닐-CoA가 피루브산으로 전환되는 다른 회로들이 제안되었는데, 그 중 하나는 메틸시트르산 회로이다. 초기 반응은 β 산화되어 프로피오닐-CoA를 형성하며, 프로피오닐-CoA는 회로에서 추가로 분해된다. 메틸시트르산 회로는 시트르산 회로와 관련된 효소들을 포함하고 있다. 이들은 모두 유해한 프로피오닐-CoA로부터 세균을 보호하기 위한 전반적인 반응에 기여한다. 또한 메틸시트르산 회로는 미코박테리아에서 지방산의 이화작용으로 인한 경로로 간주된다. 이러한 메커니즘은 참여하는 반응물, 생성물, 중간생성물, 효소와 함께 왼쪽에 표시되어 있다.

## 세균의 물질대사

### 결핵균의 물질대사
피루브산을 형성하기 위한 프로피오닐-CoA의 산화는 결핵균의 필요에 의해 영향을 받는다. 프로피오닐-CoA의 축적은 독성을 나타낼 수 있다. 결핵균에서 프로피오닐-CoA의 대사가 세포벽의 생성에 관여하는 것으로 제안되었다. 따라서 이러한 이화작용의 부재는 다양한 독소, 특히 대식세포의 항균 메커니즘에 대한 세포의 감수성을 증가시킬 것이다. 결핵균에서 프로피오닐-CoA의 운명에 관한 또 다른 가설은 프로피오닐-CoA가 홀수 지방산의 β 산화에 의해 생성되므로, 메틸시트르산 회로는 완충 메커니즘으로 작용하여 임의의 잠재적 독성을 상쇄하기 위해 후속적으로 활성화된다는 것이다.

### 로도박터 스파에로이데스에서 가능한 격리
프로피오닐-CoA는 세균을 포함하여 다른 종들에서 많은 악영향 및 독성을 미칠 수 있다. 예를 들어, 로도박터 스파에로이데스에서 프로피오닐-CoA의 축적에 의한 피루브산 탈수소효소의 저해는 치명적일 수 있다. 또한, 대장균과 마찬가지로 미코박테리아 종에서 프로피오닐-CoA의 유입은 즉시 처리하지 않으면 독성을 초래할 수 있다. 이러한 독성은 세균의 세포벽을 형성하는 지질과 관련된 경로에 의해 발생한다. 긴 사슬 지방산의 에스터화를 이용하여, 과량의 프로피오닐-CoA를 격리하고, 트라이아실글리세롤로 저장하여 프로피오닐-CoA의 상승 정도를 조절할 수 있다. 이러한 지방산의 메틸 분지 과정은 이들이 프로피오닐-CoA를 축적하는 역할을 하게 한다.

### 대장균의 물질대사
루오 등에 의해 수행된 연구에서, 대장균은 프로피오닐-CoA의 대사가 어떻게 잠재적으로 3-하이드록시프로피온산의 생성을 유도할 수 있는지를 조사하기 위해 이용되었다. 경로에 관여하는 핵심 유전자인 석신산 CoA-전이효소의 돌연변이가 3-하이드록시프로피온산을 크게 증가시키는 것으로 나타났다. 그러나 이 분야는 여전히 발전 중인 분야로, 이 주제에 대한 정보는 제한적이다.

## 식물의 물질대사
식물의 아미노산 대사는 특정 경로에 대한 구체적인 증거가 부족하기 때문에 논란의 여지가 있는 주제로 간주된다. 그러나 식물의 아미노산 대사에 프로피오닐-CoA의 생성 및 사용과 관련된 효소들이 관여한다는 주장이 제기되어 왔다. 이와 관련된 것은 아이소뷰티릴-CoA의 대사이다. 프로피오닐-CoA와 아이소뷰티릴-CoA는 발린 대사에서 중간생성물로 간주된다. 프로피온산은 프로피오닐-CoA의 형태로 구성되어 있기 때문에, 프로피오닐-CoA는 퍼옥시좀의 β 산화 경로를 통해 β-하이드록시프로피온산으로 전환된다는 것이 밝혀졌다. 그럼에도 불구하고, 애기장대에서 발린을 프로피오닐-CoA로 전환시키는 주요 효소들은 관찰되지 않았다. 루카스 등이 수행한 다양한 실험들에서 식물에서 퍼옥시좀의 효소를 통해 프로피오닐-CoA 및 아이소뷰티릴-CoA가 발린 뿐만 아니라 많은 다른 기질들의 대사에 관여하는 것으로 제안되었다.

## 균류의 물질대사
지방산의 이화작용을 통한 프로피오닐-CoA의 생성은 또한 싸이오에스터화와 관련이 있다. 아스페르길루스 니둘란스에 관한 연구에서, 위에서 언급한 경로의 메틸시트르산 생성효소 유전자인 mcsA의 억제로 별개의 폴리케타이드의 생성이 억제되는 것으로 밝혀졌다. 따라서 메틸시트르산을 통한 프로피오닐-CoA의 사용은 프로피오닐-CoA의 농도를 감소시키는 동시에, 폴리케타이드의 농도를 증가시킨다. 폴리케타이드는 아세틸-CoA 및 말로닐-CoA로 만들어지고 균류에서 흔히 발견되는 구조라는 점에서 보다 더 일반적으로 알려진 화합물인 폴리펩타이드와 다르다. 폴리케타이드는 식물에 병원성을 나타내는 균류를 통해 농업 작물에 대한 폴리케타이드의 독성을 제한함으로써 의약적으로나 잠재적으로 해로운 속성에 대한 연구를 증가시키게 한 특성들을 가지고 있다.