{{위키데이터 속성 추적}}
{{효소 정보
| 이름 = 피루브산 탈카복실화효소
| AltNames =
| 그림 = Pyruvate decarb 1.svg
| 그림_크기 = 
| caption = 피루브산 탈카복실화효소에 의해 촉매되는 반응:<br />피루브산 + 티아민 피로인산(TPP) → 하이드록시에틸-TPP + CO<sub>2</sub>
| EC_number = 4.1.1.1
| CAS_number = 9001-04-1
| GO_code = 0004737
}}

'''피루브산 탈카복실화효소'''({{llang|en|pyruvate decarboxylase}}) ({{EC number|4.1.1.1}})는 [[피루브산]]을 [[아세트알데하이드]]로 탈카복실화하는 [[화학 반응|반응]]을 [[촉매]]하는 [[효소]]이다. '''2-옥소산 카복실화효소'''({{llang|en|2-oxo-acid carboxylase}}), '''α-케토산 카복실화효소'''({{llang|en|α-ketoacid carboxylase}})라고도 한다.<ref name="urlENZYME entry 4.1.1.1">{{웹 인용 | url = http://us.expasy.org/enzyme/4.1.1.1 | title = NiceZyme View of ENZYME: EC 4.1.1.1. | publisher = ExPASy Proteomics Server | 확인날짜 = 2023-06-26 | archive-date = 2011-05-16 | archive-url = https://web.archive.org/web/20110516051423/http://us.expasy.org/enzyme/4.1.1.1 | url-status =  }}</ref> 혐기성 조건에서 피루브산 탈카복실화효소는 효모, 특히 [[사카로미세스속]]의 [[발효]] 과정에 참여하여 발효에 의한 [[에탄올]]을 생성한다. 또한 산소가 부족할 때 물고기가 [[에탄올 발효]]([[젖산 발효]]와 함께)를 수행할 수 있도록 하는 일부 어종([[금붕어]] 및 [[잉어]])에도 존재한다.<ref>{{서적 인용|title=Surviving Hypoxia|author1=Aren van Waarde|author1-link=|author2=G. Van den Thillart|date=1993|pages=157−170|chapter=Ethanol Formation and pH-Regulation in Fish|isbn=0-8493-4226-0|author3=Maria Verhagen|author3-link=|hdl=11370/3196a88e-a978-4293-8f6f-cd6876d8c428}}</ref> 피루브산 탈카복실화효소는 피루브산을 아세트알데하이드와 [[이산화 탄소]]로 전환하는 것으로 에탄올 발효를 시작한다.<ref name="isbn0-9747077-1-6">{{서적 인용|author1=Tadhg P. Begley |author2=McMurry, John | title = The organic chemistry of biological pathways | publisher = Roberts and Co. Publishers | year = 2005 | pages = 179 | isbn = 0-9747077-1-6 }}</ref> 피루브산 탈카복실화효소는 [[보조 인자]]인 [[티아민 피로인산]](TPP)과 [[마그네슘]]에 의존한다. 피루브산 탈카복실화효소를 피루브산의 [[아세틸-CoA]]로의 산화적 탈카복실화를 촉매하는 [[산화환원효소]]인 [[피루브산 탈수소효소]]({{EC number|1.2.4.1}})와 혼동해서는 안된다.

== 구조 ==
피루브산 탈카복실화효소는 각 이량체의 단량체 사이에 공유되는 두 개의 활성 부위를 갖는 이량체의 이량체로 생성된다. 효소는 β-α-β 구조를 포함하여 평행한 β-시트를 생성한다. 각 이합체에 563개의 잔기의 소단위체가 포함되어 있다. 효소는 강한 단량체 간의 인력을 가지고 있지만 이량체는 느슨하게 상호작용하여 느슨한 사량체를 형성한다.<ref name="pmid8512926"/>

{{Gallery
| title = 피루브산 탈카복실화효소의 결정학적 구조
| width = 275
| lines = 3
| Image:1pvd with TPP.jpg|티아민 피로인산(TPP)가 부착된 피루브산 탈카복실화효소 단량체
| Image:1pvd image.jpg|피루브산 탈카복실화효소 사량체
| Image:PDC chimera cropped r3 c4.jpg|선택된 아미노산(Glu<sup>51</sup>, Glu<sup>477</sup>, Asp<sup>444</sup>, Asp<sup>28</sup>)을 가지고 있는 피루브산 탈카복실화효소의 활성 부위. 보조 인자인 티아민 피로인산(TPP)와 Mg<sup>2+</sup>도 표시되어 있다.
| Image:Hist and cyst edited.jpg|기질인 피루브산과 상호작용할 때 입체구조의 변화에 참여하는 활성 부위(TPP 및 Mg)에 대한 His 및 Cys 잔기의 위치
}}

=== 활성 부위의 잔기 ===
각 [[활성 부위]]는 [[티아민 피로인산]](TPP) 고리와 상호작용하는 산성의 Glu<sup>477</sup> 및 [[보조 인자]]의 결합에 참여하는 Glu<sup>51</sup>을 포함하여 20개의 [[아미노산]] [[잔기]]를 가지고 있다. 이들 [[글루탐산]]은 또한 양성자 공여체로 역할을 하는 티아민 피로인산의 일리드를 안정화시킨다. 이 Glu<sup>477</sup> 주변의 비극성 환경은 비극성이며, 이는 정상적인 pK<sub>a</sub>보다 높은 데 기여한다(정상적인 Glu 및 Asp의 pK<sub>a</sub>는 작은 단백질에서 약 4.6이다).<ref name="Lobel_1996">{{저널 인용|vauthors=Lobell M, Crout DH | title =  Pyruvate Decarboxylase: A Molecular Modeling Study of Pyruvate Decarboxylation and Acyloin Formation | journal = J. Am. Chem. Soc. | volume = 118 | issue = 8 | pages =  1867–1873 | year = 1996 | doi = 10.1021/ja951830t }}</ref>

친유성 잔기 Ile<sup>476</sup>, Ile<sup>480</sup>, Pro<sup>26</sup>은 Glu<sup>477</sup> 주변 영역의 비극성에 기여한다. 티아민 피로인산(TPP) 조효소와는 별개로 음으로 하전된 유일한 다른 잔기는 Glu<sup>477</sup>의 pK<sub>a</sub>를 증가시키는 데 도움이 되는 Asp<sup>28</sup>이다. 따라서 효소의 환경은 Glu<sup>477</sup>의 γ-카복실기의 [[양성자화]]가 pH 6 정도가 되도록 허용되어야 한다.<ref name="Lobel_1996"/>

티아민 피로인산(TPP)의 아미노피리미딘 고리는 일단 [[이민 (화학)|이민]] 형태일 때 염기 역할을 하여 티아민 피로인산에서 C2 [[양성자]]를 끌어내어 친핵체 [[일리드]]를 형성한다.<ref name="pmid8512926"/> 이것은 효소가 티아민 피로인산의 C2를 [[탈양성자화]]하기 위해 존재하는 염기성 [[곁사슬]]이 없기 때문에 일어나야 한다. 이러한 Glu와 관련된 활성 부위의 돌연변이는 [[효소]]의 비효율 또는 불활성을 초래할 수 있다. 이러한 불활성은 N1' 및 4'-아미노기가 없는 실험에서 입증되었다. [[핵자기 공명]](NMR) 분석에서 티아민 피로인산이 기질 유사체인 피루바마이드와 효소에 결합할 때 일리드의 생성 속도가 정상적인 효소 속도보다 큰 것으로 결정되었다. 또한 Glu<sup>51</sup>에서 Gln으로의 돌연변이 비율은 이 비율을 상당히 감소시킨다.<ref name="pmid8512926"/>

Asp<sup>444</sup> 및 Asp<sup>28</sup> 잔기는 Mg<sup>2+</sup>와 결합한다. 2개의 Cys<sup>221</sup>(각 부위에서 20 [[옹스트롬|Å]] 이상 떨어져 있음) 및 His<sup>92</sup>는 [[기질 (화학)|기질]]의 이용 가능성에 따라 효소를 저해하거나 활성화시키는 [[입체구조적 변화]]를 유발한다. 활성 부위에 결합된 기질이 피루브산이면 효소는 이 [[다른 자리 입체성 조절|조절 부위]]에서의 입체구조적 변화에 의해 활성화된다.<ref name="pmid9477950">{{저널 인용|vauthors=Baburina I, Dikdan G, Guo F, Tous GI, Root B, Jordan F | title = Reactivity at the substrate activation site of yeast pyruvate decarboxylase: inhibition by distortion of domain interactions | journal = Biochemistry | volume = 37 | issue = 5 | pages = 1245–55 |date=February 1998 | pmid = 9477950 | doi = 10.1021/bi9709912 }}</ref> 입체구조적 변화는 1,2 친핵성 첨가를 수반한다. 싸이오케탈을 형성하는 이 반응은 효소를 불활성 상태에서 활성 상태로 변화시킨다.

부위의 저해는 XC<sub>6</sub>H<sub>4</sub>CH=CHCOCOOH 부류의 저해제/기질 유사체에 의해 수행될 뿐만 아니라 신남알데하이드와 같은 화합물로부터의 탈카복실화 생성물에 의해 수행된다. 저해제에 대한 다른 잠재적인 친핵성 부위로는 Cys<sup>152</sup>, Asp<sup>28</sup>, His<sup>114</sup>, His<sup>115</sup>, Gln<sup>477</sup>이 있다.<ref name="pmid9477950"/>

피루브산 탈카복실화효소의 정상적인 촉매 속도는 k<sub>cat</sub> = 10 s<sup>−1</sup>이다. 그러나 Glu51의 Gln으로의 돌연변이가 있는 효소의 속도는 k<sub>cat</sub> = 1.7 s<sup>−1</sup>이다.<ref name="pmid8512926"/>

=== 티아민 피로인산 보결분자단 ===
[[보조 인자]]인 [[티아민 피로인산]](TPP)은 [[효소]]에 대한 [[보결분자단]]이다. 티아졸 고리에서 [[황]]과 [[질소]] [[원자]] 사이에 위치한 CH 중심은 산성이다. [[탈양성자화]]시 티아민 피로인산은 [[일리드]]를 생성하고 [[탄소 음이온]]으로 음전하를 띤다. 이것은 피루브산의 케톤 탄소에서 [[친핵체]]로 반응할 수 있다.<ref name="isbn0-9747077-1-6"/> 피루브산의 탈카복실화 동안 티아민 피로인산은 비공유결합에 의해 탄소 음이온 [[중간생성물]]을 [[친전자체]]로 안정화시킨다.<ref name="pmid8512926"/> 구체적으로 피리딜 질소 N1' 및 티아민 피로인산의 4'-아미노기는 효소-티아민 피로인산 복합체의 촉매 기능에 필수적이다.<ref name="Lobel_1996"/>

== 메커니즘 ==
{|
|[[파일:Pyruvate decarboxylase mechanism.svg|섬네일|왼쪽|800px|전자 흐름과 티아민 피로인산(TPP)의 일리드 형태의 재생을 보여주는 피루브산의 티아민 촉매 탈카복실화의 단계적 메커니즘]]
|}
효소는 피루브산을 이산화 탄소와 아세트알데하이드로 분해한다. 반응은 케토기에서 친핵성 티아졸 탄소의 공격에 의해 진행된다. 중간생성물은 비가역적인 단계에서 이산화 탄소를 잃고 [[엔올]]을 생성한다. 이어서 유리 알데하이드가 방출되고 티아민 피로인산이 재생된다.<ref>{{서적 인용|title=Biochemistry|last=H.|first=Garrett, Reginald|date=2013|publisher=Brooks/Cole, Cengage Learning|others=Grisham, Charles M.|isbn=9781133106296|edition=5th|location=Belmont, CA|oclc=777722371}}</ref>

== 효모 ==
[[효모]]에서 피루브산 탈카복실화효소는 혐기성 [[발효]] 동안 독립적으로 작용하여 피루브산을 아세트알데하이드와 이산화 탄소로 분해한다. 피루브산 탈카복실화효소는 세포가 제거하는 CO<sub>2</sub> 제거 수단을 생성한다. 피루브산 탈카복실화효소는 또한 경쟁하는 [[생물체]]를 제거하기 위한 [[항생제]]로 사용되는 [[에탄올]]을 생성하는 수단이기도 하다.<ref name="pmid8512926">{{PDB|1pyd}}; {{저널 인용|vauthors=Dyda F, Furey W, Swaminathan S, Sax M, Farrenkopf B, Jordan F | title = Catalytic centers in the thiamin diphosphate dependent enzyme pyruvate decarboxylase at 2.4-A resolution | journal = Biochemistry | volume = 32 | issue = 24 | pages = 6165–70 |date=June 1993 | pmid = 8512926 | doi = 10.1021/bi00075a008}}</ref> 피루브산 탈카복실화효소는 [[전이 상태]]에서 카보닐 탄소 원자에서 일어나는 음전하의 축적 때문에 [[α-케토산]]의 [[탈카복실화]]를 돕는 데 필요하다. 따라서 효소는 티아민 피로인산과 α-케토산(피루브산)이 만나기에 적합한 환경을 제공한다.<ref name="pmid8512926"/>

== 같이 보기 ==
* [[알코올 발효]]
* [[피루브산]]
* [[아세트알데하이드]]
* [[탈카복실화]]
* [[피루브산 카복실화효소]]
* [[젖산 탈수소효소]]

== 각주 ==
{{각주|30em}}

== 외부 링크 ==
* {{MeshName|Pyruvate+Decarboxylase}}

{{효소}}
{{탄소-탄소 분해효소}}

[[분류:EC 4.1.1]]