{{위키데이터 속성 추적}}
{{효소 정보
| 이름 = 리보스 5-인산 이성질화효소
| AltNames =
| 그림 = 1lk7.jpg
| 그림_크기 = 270
| caption = 피로코쿠스 호리코시이(''Pyrococcus horikoshii'')의 리보스 5-인산 이성질화효소 동종사량체
| EC_number = 5.3.1.6
| CAS_number = 9023-83-0
| GO_code = 0004751
}}

'''리보스 5-인산 이성질화효소'''({{llang|en|ribose-5-phosphate isomerase}}, '''Rpi''') ({{EC number|5.3.1.6}})는 RPIA 유전자에 의해 암호화되어 있으며, [[리보스 5-인산]](R5P)과 [[리불로스 5-인산]](Ru5P) 간의 전환을 [[촉매]]하는 [[효소]]이다. 리보스 5-인산 이성질화효소는 화학적 [[이성질체]](이 경우에는 [[5탄당]]의 [[구조 이성질체]])의 상호전환을 촉매하며, 더 큰 부류인 [[이성질화효소]]의 구성원이다. 리보스 5-인산 이성질화효소는 [[오탄당 인산 경로]]와 [[캘빈 회로]] 모두에서 생화학적 대사에 중요한 역할을 한다. 리보스 5-인산 이성질화효소의 계통명은 '''D-리보스 5-인산 알도스-케토스-이성질화효소'''({{llang|en|D-ribose-5-phosphate aldose-ketose-isomerase}})이다.

== 구조 ==
=== 유전자 ===
사람의 RpiA 유전자는 위치 11.2의 짧은 팔의 두 번째 [[염색체]]에 암호화되어 있다. 리보스5-인산 이성질화효소의 암호화 서열은 거의 60,000 [[염기쌍]]의 길이이다.<ref>U.S. National Library of Medicine http://ghr.nlm.nih.gov/gene/RPIA</ref> 유일하게 알려진 자연적으로 생성되는 유전자 돌연변이는 아래에서 논의되는 [[리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증]]을 초래한다. 리보스 5-인산 이성질화효소는 대부분의 [[진화]] 역사 동안 존재해 온 것으로 생각된다. RpiA를 암호화하기 위한 다양한 종의 유전자에 대해 수행된 녹아웃 실험은 유사하게 보존된 잔기 및 구조 모티프를 나타내었으며, 이는 유전자의 기원이 오래되었음을 나타낸다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Sørensen KI, Hove-Jensen B | title = Ribose catabolism of Escherichia coli: characterization of the rpiB gene encoding ribose phosphate isomerase B and of the rpiR gene, which is involved in regulation of rpiB expression | url = https://archive.org/details/sim_journal-of-bacteriology_1996-02_178_4/page/1003 | journal = Journal of Bacteriology | volume = 178 | issue = 4 | pages = 1003–11 | date = February 1996 | pmid = 8576032 | pmc = 177759 | doi = 10.1128/jb.178.4.1003-1011.1996 }}</ref>

=== 단백질 ===
[[파일:Ribose-5-phosphate isomerase.png|섬네일|오른쪽|장(Zhang) 등의 리보스 5-인산 이성질화효소의 구조 다이어그램]]

리보스 5-인산 이성질호효소(Rpi)는 RpiA 및 RpiB라는 두 가지 별개의 단백질로 존재한다. RpiA와 RpiB는 동일한 반응을 촉매하지만, 서열이나 전체적인 구조적 상동성을 나타내지 않는다. 정(Jung) 등<ref name="Jung">{{저널 인용| vauthors = Jung CH, Hartman FC, Lu TY, Larimer FW | title = D-ribose-5-phosphate isomerase from spinach: heterologous overexpression, purification, characterization, and site-directed mutagenesis of the recombinant enzyme | journal = Archives of Biochemistry and Biophysics | volume = 373 | issue = 2 | pages = 409–17 | date = January 2000 | pmid = 10620366 | doi = 10.1006/abbi.1999.1554 | s2cid = 13217828 | url = https://semanticscholar.org/paper/cf97162b9fd7290fc34f2e70cbd6335f977c9ffd }}</ref>의 연구에 따르면 SDS-PAGE를 사용한 RpiA의 평가는 효소가 25 kDa 소단위체의 [[동종이량체]]임을 보여준다. RpiA 이량체의 분자량은 [[겔 여과 크로마토그래피]]에 의해 49 kDa인 것으로 밝혀졌다.<ref name="Jung"/> 최근에 RpiA의 결정 구조가 결정되었다.(참조 http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/97516673/PDFSTAR{{깨진 링크|url=http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/fulltext/97516673/PDFSTAR }})

[[오탄당 인산 경로]] 및 [[캘빈 회로]]에서의 역할로 인해 RpiA는 [[세균]], [[식물]], [[동물]]과 같은 대부분의 [[생물]]에서 고도로 보존되어 있다. RpiA는 식물에서 일어나는 캘빈 회로와 식물과 동물에서 일어나는 오탄당 인산 경로에 관여하기 때문에 식물과 동물의 [[물질대사]]에서 필수적인 역할을 한다.

효소의 모든 동원체(ortholog, 같은 기능을 하는 단백질)는 활성 부위를 포함하는 간극이 있는 비대칭 [[사량체]] [[단백질의 4차 구조|4차 구조]]를 유지한다. 각 소단위체는 5개의 가닥의 β-시트로 구성된다. 이 β-시트는 양쪽이 α-나선으로 둘러싸여 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Zhang RG, Andersson CE, Skarina T, Evdokimova E, Edwards AM, Joachimiak A, Savchenko A, Mowbray SL | title = The 2.2 Å resolution structure of RpiB/AlsB from Escherichia coli illustrates a new approach to the ribose-5-phosphate isomerase reaction | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 332 | issue = 5 | pages = 1083–94 | date = October 2003 | pmid = 14499611 | pmc = 2792017 | doi = 10.1016/j.jmb.2003.08.009 }}</ref> 이 αβα 모티프는 다른 [[단백질]]에서 흔하지 않은데, 이는 다른 [[효소]]와의 가능한 상동성을 시사한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Rossmann MG, Moras D, Olsen KW | title = Chemical and biological evolution of nucleotide-binding protein | journal = Nature | volume = 250 | issue = 463 | pages = 194–9 | date = July 1974 | pmid = 4368490 | doi = 10.1038/250194a0 | bibcode = 1974Natur.250..194R | s2cid = 4273028 }}</ref> 효소의 개별 분자는 단량체의 외부 표면에 있는 극성이 높은 접촉에 의해 함께 유지된다. 활성 부위는 효소 간극에서 여러 개의 β-시트 C 말단이 모이는 곳에 위치하는 것으로 추정된다. 이 간극은 오탄당의 인산(또는 적절한 인산 저해제)을 인식하면 닫힐 수 있다. 활성 부위는 [[대장균]]의 잔기 Asp<sup>81</sup>, Asp<sup>84</sup>, Lys<sup>94</sup>와 동등한 보존된 잔기를 함유하는 것으로 알려져 있다. 이들은 촉매 작용에 직접적으로 관여한다.<ref name="Zhang, R 2003 31–42">{{저널 인용| vauthors = ((Zhang Rg)), Andersson CE, Savchenko A, Skarina T, Evdokimova E, Beasley S, Arrowsmith CH, Edwards AM, Joachimiak A, Mowbray SL | title = Structure of Escherichia coli ribose-5-phosphate isomerase: a ubiquitous enzyme of the pentose phosphate pathway and the Calvin cycle | journal = Structure | volume = 11 | issue = 1 | pages = 31–42 | date = January 2003 | pmid = 12517338 | pmc = 2792023 | doi = 10.1016/S0969-2126(02)00933-4 }}</ref>

== 메커니즘 ==
반응에서 전체적인 결과는 1번 탄소에서 2번 탄소로 [[카보닐기]]의 이동이다. 이것은 [[엔다이올]] 중간생성물을 거치는 반응에 의해 달성된다.<ref name="Zhang, R 2003 31–42"/> [[부위 지정 돌연변이 유발]]을 통해 시금치 RpiA의 Asp<sup>87</sup>은 리보스 5-인산(R5P)에서 리불로스 5-인산(Ru5P)로의 상호전환에서 일반적인 염기의 역할을 하는 것으로 제안되었다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Gengenbacher M, Fitzpatrick TB, Raschle T, Flicker K, Sinning I, Müller S, Macheroux P, Tews I, Kappes B | title = Vitamin B6 biosynthesis by the malaria parasite Plasmodium falciparum: biochemical and structural insights | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 281 | issue = 6 | pages = 3633–41 | date = February 2006 | pmid = 16339145 | doi = 10.1074/jbc.M508696200 | doi-access = free }}</ref>
{|
|[[파일:Mech 2.png|섬네일|왼쪽|800px|리보스 5-인산(R5P)을 리불로스 5-인산(Ru5P)으로 전환하는 메커니즘]]
|}
촉매 작용의 첫 번째 단계는 5탄당을 효소 간극의 활성 부위에 도킹한 다음, 간극을 [[다른 자리 입체성 조절|알로스테릭]]하게 닫는 것이다. 효소는 당-인산의 열린 사슬 형태 또는 고리 형태와 결합할 수 있다. [[푸라노스]] 고리와 결합하면 다음으로 고리가 열린다. 그런 다음 효소는 [[리신]] 또는 [[아르기닌]] [[잔기]]에 의해 안정화되는 엔다이올을 형성한다.<ref name="Zhang, R 2003 31–42"/><ref>{{저널 인용|last=Woodruff|first=William W.|author2=Wolfenden, Richard |title=Inhibition of ribose-5-phosphate by 4-phosphoerythronate|journal=Journal of Biological Chemistry|date=18 July 1978|volume=254|issue=13|url=http://www.jbc.org/content/254/13/5866.short|access-date=6 March 2013}}</ref> 계산에 따르면 이러한 안정화는 리보스 5-인산 이성질화효소 및 이와 유사한 많은 효소들에서 전체적인 촉매 활성에 가장 중요한 기여를 한다고 증명되었다.<ref>{{저널 인용|last=Feierberg I|first=Åqvist|title=Computational modeling of enzymatic keto–enol isomerization reactions.|journal=Theoretical Chemistry Accounts|year=2002|volume=108|issue=2|pages=71–84|doi=10.1007/s00214-002-0365-7|s2cid=95097042}}</ref>

== 기능 ==
RPIA 유전자에 의해 암호화되는 단백질인 리보스 5-인산 이성질화효소는 [[오탄당 인산 경로]]에서 [[리보스 5-인산]]과 [[리불로스 5-인산]] 사이의 가역적인 전환 반응을 촉매하는 효소이다. 이 유전자는 대부분의 생물에서 고도로 보존되어 있다. 리보스 5-인산 이성질화효소는 [[탄수화물 대사]]에 필수적인 역할을 한다. 이 [[유전자]]의 [[돌연변이]]는 [[리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증]]을 유발한다. 사람의 [[18번 염색체]]에서 [[위유전자]]가 발견된다.<ref name="entrez">{{웹 인용| title = Entrez Gene: RPIA ribose 5-phosphate isomerase A| url = https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/22934}}</ref>

=== 오탄당 인산 경로 ===
[[오탄당 인산 경로]]의 비산화적 단계에서 리보스 5-인산 이성질화효소는 리불로스 5-인산(RuBP)을 리보스 5-인산(R5P)로 전환시킨다.<ref>{{서적 인용|last=Berg|first=Jeremy M.|title=Biochemistry|url=https://archive.org/details/biochemistry0000berg|year=2012|publisher=W.H. Freeman and Company|location=New York|isbn=978-1-4292-2936-4}}</ref> 리불로스 5-인산은 [[리불로스 5-인산 3-에피머화효소]]에 의해 [[자일룰로스 5-인산]]으로 전환될 수도 있다. 반응의 최종 결과는 본질적으로 5탄당 인산의 [[해당과정]]에서 사용되는 [[대사 중간생성물]]로의 전환이다. 오탄당 인산 경로의 산화적 단계에서 리보스 5-인산 이성질화효소는 이성질화 반응을 통해 리불로스 5-인산(RuBP)을 최종 생성물인 리보스 5-인산으로 전환시킨다. 오탄당 인산 경로의 산화적 단계는 생합성 반응 및 [[활성 산소]]에 대한 보호에 필요한 [[NADPH]]의 주요 공급원으로서 역할을 한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Struzyńska L, Chalimoniuk M, Sulkowski G | title = The role of astroglia in Pb-exposed adult rat brain with respect to glutamate toxicity | journal = Toxicology | volume = 212 | issue = 2–3 | pages = 185–94 | date = September 2005 | pmid = 15955607 | doi = 10.1016/j.tox.2005.04.013 }}</ref>
{|
|[[파일:Final- calvin and PPP.JPG|섬네일|왼쪽|630px|오탄당 인산 경로와 캘빈 회로]]
|}

=== 캘빈 회로 ===
[[캘빈 회로]]에서 전자 운반체의 에너지는 탄소 고정, 즉 [[이산화 탄소]]와 [[물]]을 [[탄수화물]]로 전환하는 데 사용된다. 리보스 5-인산(R5P)로부터 생성된 리불로스 5-인산(Ru5P)은 이후에 캘빈 회로의 첫 번째 반응에서 이산화 탄소의 수용체인 [[리불로스 1,5-이중인산]](RuBP)로 전환되기 때문에 리보스 5-인산 이성질화효소는 캘빈 회로에 필수적이다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Martin W, Henze K, Kellerman J, Flechner A, Schnarrenberger C | title = Microsequencing and cDNA cloning of the Calvin cycle/OPPP enzyme ribose-5-phosphate isomerase (EC 5.3.1.6) from spinach chloroplasts | url = https://archive.org/details/sim_plant-molecular-biology_1996-02_30_4/page/n114 | journal = Plant Molecular Biology | volume = 30 | issue = 4 | pages = 795–805 | date = February 1996 | pmid = 8624410 | doi = 10.1007/BF00019012 | s2cid = 4218453 }}</ref> [[루비스코]](리불로스 1,5-이중인산 카복실화효소-산소화효소)가 촉매하는 반응의 직접적인 생성물은 3-포스포글리세르산이며, 이는 [[글리세르알데하이드 3-인산]]을 거쳐 이후에 더 큰 탄수화물을 만드는 데 사용된다.<ref>{{저널 인용| doi  = 10.1021/ja01160a080 | year  = 1950 |author1=A. A. Benson |author2=J. A. Bassham |author3=M. Calvin |author4=T. C. Goodale |author5=V. A. Haas |author6=W. Stepka | title  = The Path of Carbon in Photosynthesis. V. Paper Chromatography and Radioautography of the Products1 | journal  = Journal of the American Chemical Society | volume  = 72 | pages  = 1710–1718 | issue  = 4| url = https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc1016402/ }}</ref> [[글리세르알데하이드 3-인산]]은 포도당으로 전환되며, [[포도당]]은 나중에 식물의 에너지 저장 형태인 [[녹말]]이나 세포벽을 형성하는 [[셀룰로스]]로 전환되거나 에너지로 사용된다.<ref>{{서적 인용|last=Nelson|first=David L.|title=Principles of Biochemistry|year=2005|publisher=W.H Freeman and Company|location=New Yord|isbn=0-7167-4339-6|url-access=registration|url=https://archive.org/details/lehningerprincip00lehn_0}}</ref>

== 임상적 중요성 ==
리보스 5-인산 이성질화효소에 문제가 생기면 드문 질환인 [[리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증]]이 유발된다. 1999년에 리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증으로 진단된 단 1명의 알려진 환자가 알려져 있다.<ref name=wamelink>{{저널 인용| vauthors = Wamelink MM, Grüning NM, Jansen EE, Bluemlein K, Lehrach H, Jakobs C, Ralser M | title = The difference between rare and exceptionally rare: molecular characterization of ribose 5-phosphate isomerase deficiency | journal = Journal of Molecular Medicine | volume = 88 | issue = 9 | pages = 931–9 | date = September 2010 | pmid = 20499043 | doi = 10.1007/s00109-010-0634-1 | hdl = 1871/34686 | s2cid = 10870492 | url = https://research.vumc.nl/ws/files/781284/257805.pdf }}</ref> 리보스 5-인산 이성질화효소 결핍증은 두 가지 돌연변이의 조합으로 인해 발생하는 것으로 밝혀졌다. 첫 번째는 이성질화효소를 암호화하고 있는 유전자에 미성숙 [[종결 코돈]]이 삽입되는 것이고, 두 번째는 [[미스센스 돌연변이]]이다. 이에 대한 분자병리학은 아직 명확하지 않다.<ref name="ReferenceA">{{저널 인용| vauthors = Huck JH, Verhoeven NM, Struys EA, Salomons GS, Jakobs C, van der Knaap MS | title = Ribose-5-phosphate isomerase deficiency: new inborn error in the pentose phosphate pathway associated with a slowly progressive leukoencephalopathy | url = https://archive.org/details/sim_american-journal-of-human-genetics_2004-04_74_4/page/745 | journal = American Journal of Human Genetics | volume = 74 | issue = 4 | pages = 745–51 | date = April 2004 | pmid = 14988808 | pmc = 1181951 | doi = 10.1086/383204 }}</ref>

=== RpiA 및 간암 발생 ===
사람의 리보스 5-인산 이성질화효소 A(RpiA)는 사람의 [[간세포암]](HCC)에서 역할을 한다.<ref name="pmid22580150">{{저널 인용| vauthors = Riganti C, Gazzano E, Polimeni M, Aldieri E, Ghigo D | title = The pentose phosphate pathway: an antioxidant defense and a crossroad in tumor cell fate | journal = Free Radical Biology & Medicine | volume = 53 | issue = 3 | pages = 421–36 | date = August 2012 | pmid = 22580150 | doi = 10.1016/j.freeradbiomed.2012.05.006 }}</ref> RpiA 발현의 유의미한 증가는 간세포암 환자의 종양 생검과 [[간암]] 조직 분석에서 모두 검출되었다. 중요하게도 임상병리학적 분석은 RpiA [[mRNA]] 수준이 간세포암 환자의 임상 단계, 등급, 종양 크기, 유형, 침습 및 [[알파-태아단백질]]의 수준과 높은 상관관계가 있음을 나타낸다. 또한 다른 간암 세포주에서 세포 증식과 콜로니 형성을 조절하는 RpiA의 능력에는 [[세포외 신호 조절 키네이스|ERK]] 신호전달과 [[단백질 인산가수분해효소 2|PP2A]] 활성의 음성 조절을 필요로 하며, RpiA의 효과는 PP2A 저해제 또는 활성화제의 첨가에 의해 조절될 수 있다. 이는 RpiA의 과발현이 간세포암에서 [[종양발생]]을 유도할 수 있음을 시사한다.<ref name="pmid25429733">{{저널 인용| vauthors = Ciou SC, Chou YT, Liu YL, Nieh YC, Lu JW, Huang SF, Chou YT, Cheng LH, Lo JF, Chen MJ, Yang MC, Yuh CH, Wang HD | title = Ribose-5-phosphate isomerase A regulates hepatocarcinogenesis via PP2A and ERK signaling | journal = International Journal of Cancer | volume = 137 | issue = 1 | pages = 104–15 | date = July 2015 | pmid = 25429733 | doi = 10.1002/ijc.29361 | doi-access = free }}</ref>

=== RpiA와 말라리아 기생충 ===
RpiA는 효소가 [[말라리아]]의 원인 기생충인 [[플라스모디움 팔시파룸]](''Plasmodium falciparum'')의 발병 기전에 필수적인 역할을 하는 것으로 밝혀졌을 때 주목을 받았다. 플라스모디움 팔시파룸의 세포는 빠른 성장을 지원하기 위해 [[오탄당 인산 경로]]를 통해 [[NADPH]]의 환원력을 대량으로 공급해야 한다. [[NADPH]]는 [[헤모글로빈]]의 분해 산물인 [[헴]]을 해독하는 데도 필요하다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Becker K, Rahlfs S, Nickel C, Schirmer RH | title = Glutathione--functions and metabolism in the malarial parasite Plasmodium falciparum | url = https://archive.org/details/sim_biological-chemistry_2003-04_384_4/page/n56 | journal = Biological Chemistry | volume = 384 | issue = 4 | pages = 551–66 | date = April 2003 | pmid = 12751785 | doi = 10.1515/BC.2003.063 | s2cid = 20083367 }}</ref> 또한 플라스모디움 팔시파룸은 빠른 증식을 지원하기 위해 핵산의 생산에 대한 강력한 요구를 가지고 있다. 증가된 오탄당 인산 경로의 활성을 통해 생성된 리보스 5-인산(R5P)은 [[핵산]] 합성에 필요한 [[포스포리보실 피로인산]](PRPP)을 생성하는 데 사용된다. 감염되지 않은 [[적혈구]]에 비해 감염된 적혈구에서 포스포리보실 피로인산(PRPP)의 농도가 56배 증가하는 것으로 나타났다.<ref name="ReferenceA"/> 따라서 플라스모디움 팔시파룸에서 RpiA를 표적으로 하는 약물을 설계하는 것은 말라리아로 고통받고 있는 환자들에게 치료의 가능성에 대한 희망을 가질 수 있도록 한다.

== 상호작용 ==
RPIA는 [[단백질 인산가수분해효소 2|PP2A]]와 [[단백질-단백질 상호작용|상호작용]]하는 것으로 나타났다.<ref name="pmid25429733"/>

== 구조 연구 ==
2007년을 기준으로 이러한 부류의 효소에 대해 [[단백질 정보 은행|PDB]] 접근 코드 1LK5, 1LK7, 1LKZ, 1M0S, 1NN4, 1O1X, 1O8B, 1UJ4, 1UJ5, 1UJ6, 1USL, 1XTZ, 2BES, 2BET, 2F8M의 15가지 [[단백질의 3차 구조|구조]]가 해결되었다.

== 같이 보기 ==
* [[오탄당 인산 경로]]
* [[캘빈 회로]]
* [[리보스 5-인산]] (R5P)
* [[리불로스 5-인산]] (Ru5P)
* [[리불로스 1,5-이중인산]] (RuBP)
* [[이성질화효소]]

== 각주 ==
{{각주|32em}}

== 참고 문헌 ==
* {{저널 인용| vauthors = Dickens F, Williamson DH | title = Pentose phosphate isomerase and epimerase from animal tissues | journal = The Biochemical Journal | volume = 64 | issue = 3 | pages = 567–78 | date = November 1956 | pmid = 13373810 | pmc = 1199776 | doi = 10.1042/bj0640567 }}
* {{저널 인용| vauthors = Horecker BL, Smyrniotis PZ, Seegmiller JE | title = The enzymatic conversion of 6-phosphogluconate to ribulose-5-phosphate and ribose-5-phosphate | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 193 | issue = 1 | pages = 383–96 | date = November 1951 | doi = 10.1016/S0021-9258(19)52464-4 | pmid = 14907726 | doi-access = free }}
* {{저널 인용| vauthors = Hurwitz J, Weissbach A, Horecker BL, Smyrniotis PZ | title = Spinach phosphoribulokinase | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 218 | issue = 2 | pages = 769–83 | date = February 1956 | doi = 10.1016/S0021-9258(18)65841-7 | pmid = 13295229 | doi-access = free }}

{{효소}}
{{분자내 산화환원효소}}

[[분류:EC 5.3.1]]
[[분류:구조가 알려진 효소]]