{{위키데이터 속성 추적}}
{{효소 정보
| 이름 = 삼탄당 인산 이성질화효소
| AltNames =
| 그림 = TriosePhosphateIsomerase Ribbon pastel trans.png
| 그림_크기 = 
| caption = 삼탄당 인산 이성질화효소 단량체의 측면도, 상단 중앙에 활성 부위가 있다
| EC_number = 5.3.1.1
| CAS_number = 9023-78-3
| GO_code = 0004807
}}

'''삼탄당 인산 이성질화효소'''({{llang|en|triose-phosphate isomerase, '''TPI'''}}) ({{EC number|5.3.1.1}})는 [[삼탄당]] 인산 [[이성질체]]들인 [[글리세르알데하이드 3-인산]]과 [[다이하이드록시아세톤 인산]] 간의 가역적인 상호전환 반응을 [[촉매]]하는 [[효소]]이다.

삼탄당 인산 이성질화효소는 [[해당과정]]에서 중요한 역할을 하며, 효율적인 에너지 생성 과정에 필수적이다. 삼탄당 인산 이성질화효소는 [[포유동물]] 및 [[곤충]]과 같은 동물뿐만 아니라 [[균류]], [[식물]] 및 [[세균]]을 포함한 거의 모든 생물체에서 발견되었다. 그러나 유레아플라스마와 같이 해당과정을 수행하지 않는 일부 세균에는 삼탄당 인산 이성질화효소가 없다.

사람에서 삼탄당 인산 이성질화효소의 결핍은 [[삼탄당 인산 이성질화효소 결핍증]]이라고 하는 진행성의 심각한 [[신경계통|신경계]] 장애와 관련이 있다. [[트리오스 포스페이트 아이소머레이스|삼탄당 인산 이성질화효소]] 결핍증은 만성 [[용혈성 빈혈]]이 특징이다. 이 질환을 유발하는 다양한 [[돌연변이]]가 있지만, 대부분 104번 위치의 [[글루탐산]]이 [[아스파르트산]]으로 돌연변이가 일어나는 것이 포함된다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Orosz F, Oláh J, Ovádi J | title = Triosephosphate isomerase deficiency: facts and doubts | journal = IUBMB Life | volume = 58 | issue = 12 | pages = 703–15 | date = December 2006 | pmid = 17424909 | doi = 10.1080/15216540601115960 }}</ref>

삼탄당 인산 이성질화효소는 효소가 없을 때와 비교했을 때 수십억 배 더 빠르게 반응을 수행하는 매우 효율적인 효소이다. 반응은 매우 효율적이어서 촉매적으로 완벽하다고 평가된다. 삼탄당 인산 이성질화효소가 촉매하는 반응은 [[반응물|기질]]이 [[효소]]의 [[활성 부위]]로 [[확산]]될 수 있는 속도에 의해서만 제한된다.<ref name="albery">{{저널 인용| vauthors = Albery WJ, Knowles JR | title = Free-energy profile of the reaction catalyzed by triosephosphate isomerase | journal = Biochemistry | volume = 15 | issue = 25 | pages = 5627–31 | date = December 1976 | pmid = 999838 | doi = 10.1021/bi00670a031 }}</ref><ref>{{저널 인용| vauthors = Rose IA, Fung WJ, Warms JV | title = Proton diffusion in the active site of triosephosphate isomerase | journal = Biochemistry | volume = 29 | issue = 18 | pages = 4312–7 | date = May 1990 | pmid = 2161683 | doi = 10.1021/bi00470a008 }}</ref>
{|
|[[파일:DHAP-GADP.PNG|왼쪽|300px|섬네일|삼탄당 인산 이성질화효소에 의한 다이하이드록시아세톤 인산과 글리세르알데하이드 3-인산 간의 상호전환, ΔG'°= 7.5 kJ/mol]]
|}

== 반응 메커니즘 ==
삼탄당 인산 이성질화효소의 반응 메커니즘은 "엔올"의 중간생성물 형성을 포함한다. 각 기저 상태와 전이 상태의 상대적인 자유 에너지는 실험적으로 결정되었으며, 아래의 그래프에 표시되어 있다.<ref name="albery"/>
{|
|[[파일:Triosephosphate Isomerase DeltaG.svg|섬네일|왼쪽|550px|삼탄당 인산 이성질화효소가 촉매하는 반응의 자유 에너지의 변화]]
|}
삼탄당 인산 이성질화효소의 구조는 다이하이드록시아세톤 인산과 글리세르알데하이드 3-인산 사이의 전환을 촉진한다. 삼탄당 인산 이성질화효소의 [[친핵체|친핵성]] Glu<sup>165</sup> 잔기는 [[반응물|기질]]을 탈양성자화시키고,<ref>{{저널 인용| vauthors = Alber T, Banner DW, Bloomer AC, Petsko GA, Phillips D, Rivers PS, Wilson IA | title = On the three-dimensional structure and catalytic mechanism of triose phosphate isomerase | journal = Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences | volume = 293 | issue = 1063 | pages = 159–71 | date = June 1981 | pmid = 6115415 | doi = 10.1098/rstb.1981.0069 | doi-access = free }}</ref> [[친전자체|친전자성]] His<sup>95</sup> 잔기는 양성자를 공여하여 엔올 중간생성물을 형성한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Nickbarg EB, Davenport RC, Petsko GA, Knowles JR | title = Triosephosphate isomerase: removal of a putatively electrophilic histidine residue results in a subtle change in catalytic mechanism | journal = Biochemistry | volume = 27 | issue = 16 | pages = 5948–60 | date = August 1988 | pmid = 2847777 | doi = 10.1021/bi00416a019 }}</ref><ref>{{저널 인용| vauthors = Komives EA, Chang LC, Lolis E, Tilton RF, Petsko GA, Knowles JR | title = Electrophilic catalysis in triosephosphate isomerase: the role of histidine-95 | journal = Biochemistry | volume = 30 | issue = 12 | pages = 3011–9 | date = March 1991 | pmid = 2007138 | doi = 10.1021/bi00226a005 }}</ref> 탈양성자화되면 엔올 중간생성물은 붕괴되고, 양성자화된 Glu<sup>165</sup>로부터 양성자를 추출하여 글리세르알데하이드 3-인산 생성물을 형성한다. 역반응의 촉매 작용이 유사하게 진행되어, 동일한 엔올을 형성하지만, C2의 산소로부터 엔올의 붕괴가 일어난다.<ref name="enzyme catalysis">{{저널 인용| vauthors = Knowles JR | title = Enzyme catalysis: not different, just better | journal = Nature | volume = 350 | issue = 6314 | pages = 121–4 | date = March 1991 | pmid = 2005961 | doi = 10.1038/350121a0 }}</ref>

삼탄당 인산 이성질화효소의 확산은 제한적이다. 열역학적인 측면에서 다이하이드록시아세톤 인산의 생성은 글리세르알데하이드 3-인산의 생성보다 20:1로 선호된다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Harris TK, Cole RN, Comer FI, Mildvan AS | title = Proton transfer in the mechanism of triosephosphate isomerase | journal = Biochemistry | volume = 37 | issue = 47 | pages = 16828–38 | date = November 1998 | pmid = 9843453 | doi = 10.1021/bi982089f }}</ref> 그러나 [[해당과정]]에서 글리세르알데하이드 3-인산은 후속 단계에의 반응에 의해 계속해서 소모되기 때문에 이러한 소모는 새로운 글리세르알데하이드 3-인산의 생성 반응을 유발한다. 삼탄당 인산 이성질화효소는 [[효소]]의 [[활성 부위]]에 결합하는 [[황산염]], [[인산염]] 및 [[비산염]] 이온에 의해 저해된다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Lambeir AM, Opperdoes FR, Wierenga RK | title = Kinetic properties of triose-phosphate isomerase from Trypanosoma brucei brucei. A comparison with the rabbit muscle and yeast enzymes | journal = European Journal of Biochemistry | volume = 168 | issue = 1 | pages = 69–74 | date = October 1987 | pmid = 3311744 | doi = 10.1111/j.1432-1033.1987.tb13388.x }}</ref> 다른 저해제로는 [[전이상태 유사체]]인 2-포스포글리콜산 및 [[기질 유사체]]인 글리세롤- 1-인산이 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Lolis E, Petsko GA | title = Crystallographic analysis of the complex between triosephosphate isomerase and 2-phosphoglycolate at 2.5-A resolution: implications for catalysis | journal = Biochemistry | volume = 29 | issue = 28 | pages = 6619–25 | date = July 1990 | pmid = 2204418 | doi = 10.1021/bi00480a010 }}</ref>

== 구조 ==
[[파일:TPI1 structure.png|섬네일|오른쪽|300px|삼탄당 인산 이성질화효소 이량체의 측면도.]]
삼탄당 인산 이성질화효소는 동일한 소단위체의 [[단백질 이량체|이량체]]이며, 각각의 [[단백질 소단위체|소단위체]]는 약 250개의 [[아미노산]] [[잔기]]들로 구성된다. 소단위체의 3차원 구조는 외부에 8개의 [[α-나선]]과 [[β-시트]]를 포함하고 있다. 예시된 그림에서 까 소단위체의 리본 골격은 [[N 말단|N-말단]]에서부터 [[C 말단|C-말단]]에 이르기까지 청색에서부터 적색으로 표시되어 있다. 이러한 구조적 모티프를 αβ-배럴 또는 [[TIM 배럴]]이라고 하며, 가장 일반적으로 관찰되는 [[단백질 접힘]]이다. 이 효소의 [[활성 부위]]는 배럴의 중앙에 위치한다. [[글루탐산]] [[잔기]]와 [[히스티딘]] 잔기가 촉매 매커니즘에 관여한다. 활성 부위 잔기들 주변의 서열은 알려진 모든 삼탄당 인산 이성질화효소에서 보존되어 있다.

삼탄당 인산 이성질화효소의 구조는 효소의 기능과 밀접하게 관련되어 있다. 정확하게 배치된 글루탐산 및 히스티딘 잔기가 엔올을 형성하는 것 외에도, 삼탄당 인산 이성질화효소의 10개 또는 11개의 아미노산 사슬은 중간생성물을 안정화시키는 루프로서 작용한다. 166번째 잔기부터 176번째 잔기에 의해 형성된 루프는 닫히고, 기질의 인산기와 [[수소 결합]]을 형성한다. 이 작용은 반응 경로 상의 엔올 중간생성물 및 다른 [[전이 상태]]들을 안정화시킨다.<ref name="enzyme catalysis" />

반응을 동역학적으로 실현가능하게 만드는 것 외에도, 삼탄당 인산 이성질화효소 루프는 반응성 엔올 중간생성물을 격리시켜 [[메틸글리옥살]] 및 무기 인산으로의 분해를 방지한다. 효소와 기질의 인산기 사이의 수소 결합은 그러한 분해를 입체전자적으로 불리하게 만든다.<ref name="enzyme catalysis" /> 메틸글리옥살은 독소이며, 형성된 경우 [[글리옥살레이스 시스템]]을 통해 제거된다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Creighton DJ, Hamilton DS | title = Brief history of glyoxalase I and what we have learned about metal ion-dependent, enzyme-catalyzed isomerizations | journal = Archives of Biochemistry and Biophysics | volume = 387 | issue = 1 | pages = 1–10 | date = March 2001 | pmid = 11368170 | doi = 10.1006/abbi.2000.2253 }}</ref> [[고에너지 인산 결합]]의 분해 및 [[해당과정]]의 나머지 기질들의 소모는 메틸글리옥살의 형성을 비효율적으로 만든다.

연구에 따르면 활성 부위에 가까운 [[라이신|리신]](12번 위치)도 효소의 기능에 중요하다. 생리적 pH에서 양성자화된 리신은 인산기의 음전하를 중화시키는 데 도움이 될 수 있다. 이 리신 잔기가 중성 아미노산으로 치환되는 돌연변이가 일어나면 삼탄당 인산 이성질화효소는 모든 기능을 상실하지만, 양전하를 띠는 다른 아미노산으로 치환된 돌연변이체는 일부 기능을 유지한다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Lodi PJ, Chang LC, Knowles JR, Komives EA | title = Triosephosphate isomerase requires a positively charged active site: the role of lysine-12 | journal = Biochemistry | volume = 33 | issue = 10 | pages = 2809–14 | date = March 1994 | pmid = 8130193 | doi = 10.1021/bi00176a009 }}
</ref>

== 같이 보기 ==
* [[글리세르알데하이드 3-인산]]
* [[다이하이드록시아세톤 인산]]
* [[TIM 배럴]]
* [[삼탄당 인산 이성질화효소 결핍증]]
* [[TPI1]]

== 각주 ==
{{각주|32em}}

== 외부 링크 ==
* [http://health.cdc.go.kr/health/mobileweb/content/group_view.jsp?CID=6MMM0L10UQ 질병관리본부 삼탄당인산염 이성화효소 결핍 빈혈] {{웨이백|url=http://health.cdc.go.kr/health/mobileweb/content/group_view.jsp?CID=6MMM0L10UQ |date=20200127152920 }}
* [https://www.ebi.ac.uk/pdbe/pdbe-kb/proteins/P60174 PDBe-KB] provides an overview of all the structure information available in the PDB for Human Triosephosphate isomerase
* [http://www.proteopedia.org/wiki/index.php/Triosephosphate_Isomerase Triosephosphate isomerase] in interactive 3D at Proteopedia
* [http://www.expasy.org/prosite/PDOC00155 Triosephosphate isomerase (TIM) family] in PROSITE

{{효소}}
{{분자내 산화환원효소}}
{{해당과정}}
{{해당과정의 효소}}

[[분류:EC 5.3.1]]
[[분류:해당]]