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'''퓨린 대사'''({{llang|en|purine metabolism}})는 많은 생물체에 존재하는 [[퓨린]]을 합성하고 분해하는 [[대사 경로]]를 의미한다.

== 생합성 ==
퓨린은 생물학적으로 [[뉴클레오타이드]]로 합성되며, 특히 리보뉴클레오타이드(즉, [[핵염기]], [[리보스]], [[인산염|인산]]으로 구성됨)로 합성된다. [[아데노신 일인산]](AMP)과 [[구아노신 일인산]](GMP)은 둘 다 [[이노신 일인산]](IMP)으로부터 유도된 것이며, 이노신 일인산은 퓨린 뉴클레오타이드 생합성 경로에서 완전한 퓨린 고리를 가지고 있는 첫 번째 화합물이다.

=== IMP의 합성 ===
[[파일:Nucleotides syn1.png|섬네일|오른쪽|400px|<div style="border-width: 0px; border-bottom: 1px solid black; text-align: left;">'''IMP의 합성 경로'''.</div>글자색이 나타내는 것은 다음과 같다: <span style="font-weight: bold;"><span style="color: blue;">효소</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">조효소</span>, <span style="color: rgb(151,149,45);">기질</span>, <span style="color: rgb(227,13,196);">금속 이온</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">무기 분자</span> </span>]]

이노신 일인산(IMP)은 복잡한 대사 경로(오른쪽 그림을 참조)를 통해 리보스 5-인산으로부터 합성된다. 퓨린 고리를 구성하는 5개의 [[탄소]] 원자와 4개의 [[질소]] 원자의 기원은 [[아스파르트산]], [[CO2|CO<sub>2</sub>]], [[글리신]], [[폼산]], [[글루타민]]과 같은 여러 분자들로부터 유래한다. 보다 구체적으로 퓨린 고리를 구성하는 원자들은 글리신으로부터 2개의 탄소 원자와 1개의 질소 원자, 글루타민으로부터 2개의 질소 원자, 아스파르트산으로부터 1개의 질소 원자, 폼산([[10-폼일테트라하이드로폴산]]의 형태로 공급됨)으로부터 2개의 탄소 원자, [[탄산수소염]]으로부터 1개의 탄소 원자가 유래하였다. 폼일기로부터 유래하는 2개의 탄소 원자는 퓨린 고리 시스템에서 두 질소 원자 사이에 다리 역할을 하는 2번 탄소와 8번 탄소를 구성한다.

핵심적인 조절 단계는 리보스-인산 다이포스포키네이스에 의한 리보스 5-인산으로부터 [[포스포리보실 피로인산]](PRPP)의 생성 단계이며, 리보스-인산 다이포스포키네이스는 무기 인산에 의해 활성화되고 퓨린 뉴클레오타이드에 의해 불활성화된다. 포스포리보실 피로인산은 퓨린 합성 뿐만 아니라 피리미딘 합성 및 회수 경로에서도 사용된다.

첫 번째 개입 단계(committed step)는 포스포리보실 피로인산(PRPP), [[글루타민]]이 [[아미도포스포리보실트랜스퍼레이스]](글루타민-PRPP 아미도트랜스퍼레이스)에 의해 [[포스포리보실아민]], [[글루탐산]], 피로인산으로 전환되는 것이다. 아미도포스포리보실트랜스퍼레이스는 포스포리보실 피로인산에 의해 활성화되고, [[아데노신 일인산|AMP]], [[구아노신 일인산|GMP]], [[이노신 일인산|IMP]]에 의해 저해된다.

:포스포리보실 피로인산(PRPP) + L-글루타민 + H<sub>2</sub>O → 포스포리보실아민(PRA) + L-글루탐산 + PPi

두 번째 단계에서 [[포스포리보실아민]], [[글리신]], ATP는 [[포스포리보실아민-글리신 연결효소]](GAR 합성효소)에 의해 [[글리신아마이드 리보뉴클레오타이드]](GAR), ADP, P<sub>i</sub>로 전환된다. pH 7.5, 37&nbsp;°C에서 반감기가 38초인 포스포리보실아민(PRA)의 화학적 불안정성 때문에 연구자들은 포스포리보실아민이 생체 내에서 아미도포스포리보실트랜스퍼레이스로부터 GAR 합성효소로 보내진다고 제안했다.<ref>{{저널 인용|url = |title = Substrate specificity of glycinamide ribonucleotide synthetase from chicken liver|date = April 5, 1996|journal = The Journal of Biological Chemistry|doi = 10.1074/jbc.271.14.8192|pmid = 8626510|access-date = |volume=271 |issue = 14|pages=8192–5|last1 = Antle|first1 = Vincent D.|last2 = Liu|first2 = Dashan|last3 = McKellar|first3 = B. Robert|last4 = Caperelli|first4 = Carol A.|last5 = Hua|first5 = Mei|last6 = Vince|first6 = Robert}}</ref>

:포스포리보실아민(PRA) + 글리신 + ATP → 글리신아마이드 리보튜클레오타이드(GAR) + ADP + Pi

세 번째 단계에서 글리신아마이드 리보뉴클레오타이드(GAR), 10-폼일테트라하이드로폴산은 [[포스포리보실글리신아마이드 폼일트랜스퍼레이스]](GAR 트랜스폼일레이스)에 의해 폼일글리신아마이드 리보뉴클레오타이드(FGAR), 테트라하이드로폴산으로 전환된다.

글리신아마이드 리보뉴클레오타이드(GAR) + [[10-폼일테트라하이드로폴산]](fTHF) → [[폼일글리신아마이드 리보뉴클레오타이드]](fGAR) + [[테트라하이드로폴산]](THF)

네 번째 단계에서 폼일글리신아마이드 리보뉴클레오타이드(fGAR), 글루타민, ATP는 [[포스포리보실폼일글리신아미딘 생성효소]](fGAR 아미도트랜스퍼레이스)에 의해 폼일글리신아미딘 리보뉴클레오타이드(fGAM), 글루탐산, ADP, P<sub>i</sub>로 전환된다.

:폼일글리신아마이드 리보뉴클레오타이드(fGAR) + L-글루타민 + ATP → [[폼일글리신아미딘 리보뉴클레오타이드]](fGAM) + L-글루탐산 + ADP + Pi

다섯 번째 단계에서 폼일글리신아미딘 리보뉴클레오타이드(fGAM), ATP는 [[AIR 합성효소]](fGAM 고리화효소)에 의해 5-아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드(AIR), ADP, P<sub>i</sub>로 전환된다.

:폼일글리신아미딘 리보뉴클레오타이드(fGAM) + ATP → [[5-아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드]](AIR) + ADP + Pi + H<sub>2</sub>O

여섯 번째 단계에서 5-아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드(AIR), CO<sub>2</sub>는 [[포스포리보실아미노이미다졸 카복실화효소]](AIR 카복실화효소)에 의해 카복시아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드(CAIR)로 전환된다.

:5-아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드(AIR) + CO<sub>2</sub> → [[카복시아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드]](CAIR) + 2H<sup>+</sup>

일곱 번째 단계에서 카복시아미노이미다졸 리보뉴클레오타이드(CAIR), 아스파르트산, ATP는 [[포스포리보실아미노이미다졸석시노카복사마이드 생성효소]](SAICAR 합성효소)에 의해 [[N-석시닐-5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드|''N''-석시닐-5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드]](SAICAR), ADP, P<sub>i</sub>로 전환된다.

:카복시아미노이미다졸(CAIR) + L-아스파르트산 + ATP → [[N-석시닐-5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드|''N''-석시닐-5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드]](SAICAR) + ADP + Pi

여덟 번째 단계에서 ''N''-석시닐-5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(SAICAR)는 [[아데닐로석신산 분해효소]](SAICAR 분해효소)에 의해 5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(AICAR), 푸마르산으로 전환된다.

:N-석시닐-5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(SAICAR) → [[5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드]](AICAR) + [[푸마르산]]

5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(AICAR)와 푸마르산은 두 가지 다른 경로로 들어간다. 5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드는 아홉 번째 단계의 반응물로 사용되는 반면에 푸마르산은 [[시트르산 회로]]로 들어가서 [[말산]]으로 전환될 수 있다. 푸마르산의 말산으로의 전환은 [[푸마레이스]]에 의해 촉매된다. 이러한 방법으로 푸마르산은 퓨린 합성을 시트르산 회로와 연결시킨다.<ref>{{서적 인용|title=Biochemistry|last=H.|first=Garrett, Reginald|others=Grisham, Charles M.|isbn=9781305577206|edition= Sixth|location=Boston, MA|pages=666 & 934|oclc=914290655|date = 2016-02-11}}</ref>

아홉 번째 단계에서 5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(AICAR), 10-폼일테트라하이드로폴산은 [[포스포리보실아미노이미다졸카복사마이드 폼일트랜스퍼레이스]](AICAR 트랜스폼일레이스)에 의해 N-폼일아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(FAICAR), 테트라하이드로폴산으로 전환된다.

:5-아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(AICAR) + 10-폼일테트라하이드로폴산(fTHF) → [[N-폼일아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드|''N''-폼일아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드]](FAICAR) + 테트라하이드로폴산(THF)

마지막 단계에서 N-폼일아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(FAICAR)는 [[이노신 일인산 생성효소]](IMP 생성효소)에 의해 이노신 일인산(IMP)와 H<sub>2</sub>O로 전환된다.

:''N''-폼일아미노이미다졸-4-카복사마이드 리보뉴클레오타이드(FAICAR) → 이노신 일인산(IMP) + H<sub>2</sub>O

[[진핵생물]]에서 두 번째, 세 번째 및 다섯 번째 단계는 GART 유전자에 의해 암호화되는 [[삼기능성 퓨린 생합성 단백질 아데노신-3]]에 의해 촉매된다.

아홉 번째 단계와 열 번째 단계는 둘 다 ATIC 유전자에 의해 암호화되는 이기능성 퓨린 생합성 단백질 PURH라는 단일 단백질에 의해 수행된다.

=== IMP로부터 GMP의 생합성 ===
* [[이노신 일인산]](IMP)은 [[IMP 탈수소효소]]에 의해 [[잔토신 일인산]](XMP)으로 전환된다.
: 이노신 일인산(IMP) + NAD<sup>+</sup> → 잔토신 일인산(XMP) + NADH + H<sup>+</sup>
* 잔토신 일인산(XMP)은 [[GMP 생성효소]](XMP-글루타민 아미도트랜스퍼레이스)에 의해 [[구아노신 일인산]](GMP)로 전환된다.
: 잔토신 일인산(XMP) + 글루타민 + ATP → 구아노신 일인산(GMP) + 글루탐산 + AMP + PP<sub>i</sub>

=== IMP로부터 AMP의 생합성 ===
* 이노신 일인산(IMP)은 [[아데닐로석신산 생성효소]](아데닐로석신산 합성효소)에 의해 [[아데닐로석신산]]으로 전환된다.
: 이노신 일인산(IMP) + 아스파르트산 + GTP → 아데닐로석신산 + GDP + P<sub>i</sub>
* 아데닐로석신산은 [[아데놀로석신산 분해효소]]에 의해 [[아데노신 일인산]](AMP)과 [[푸마르산]]으로 전환된다.

== 분해 ==
퓨린은 여러 [[효소]]들에 의해서 분해 대사된다.

=== GMP의 분해 ===
* [[구아노신 일인산]](GMP)은 [[뉴클레오타이드 가수분해효소]]에 의해 [[구아노신]]으로 전환된다.
: 구아노신 일인산(GMP) + H<sub>2</sub>O → 구아노신 + P<sub>i</sub>
* 구아노신은 [[뉴클레오사이드 가수분해효소]]에 의해 [[구아닌]]으로 전환된다.
: 구아노신 + H<sub>2</sub>O → 구아닌 + 리보스
* 구아닌은 [[구아닌 탈아미노효소]]에 의해 [[잔틴]]으로 전환된다.
: 구아닌 + H<sub>2</sub>O → 잔틴 + NH<sub>3</sub>
* 잔틴은 [[잔틴 산화효소]]에 의해 [[요산]]으로 전환된다.
: 잔틴 + H<sub>2</sub>O + Osub>2</sub> → 요산 + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>

=== AMP의 분해 ===
* [[아데노신 일인산]](AMP)은 [[뉴클레오타이드 가수분해효소]]에 의해 [[아데노신]]으로 전환된다.
: 아데노신 일인산(AMP) + H<sub>2</sub>O → 아데노신 + P<sub>i</sub>
* 아데노신은 [[아데노신 탈아미노효소]]에 의해 [[이노신]]으로 전환된다.
: 아데노신 + H<sub>2</sub>O → 이노신 + NH<sub>3</sub>
* 이노신은 [[뉴클레오사이드 가수분해효소]]에 의해 [[하이포잔틴]]으로 전환된다.
: 이노신 + H<sub>2</sub>O → 하이포잔틴 + 리보스
* 하이포잔틴은 [[잔틴 산화효소]]에 의해 [[잔틴]]으로 전환된다.
: 하이포잔틴 + H<sub>2</sub>O + O<sub>2</sub> → 잔틴 + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
* 잔틴은 잔틴 산화효소에 의해 [[요산]]으로 전환된다.
: 잔틴 + H<sub>2</sub>O + O<sub>2</sub> → 요산 + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>

=== 퓨린 뉴클레오타이드 생합성의 조절 ===
[[포스포리보실 피로인산]](PRPP)이 [[아미도포스포리보실트랜스퍼레이스]](글루타민-PRPP 아미도트랜스퍼레이스)에 의해 [[포스포리보실아민]]으로 전환되는 단계는 퓨린 생합성의 조절 지점이다. 아미도포스포리보실트랜스퍼레이스는 [[다른 자리 입체성 조절]] [[효소]]이고, [[이노신 일인산|IMP]], [[구아노신 일인산|GMP]], [[아데노신 일인산|AMP]]는 이 [[효소 저해제|효소의 저해제]]이며, 포스포리보실 피로인산(PRPP)은 활성제이다.

== 회수 경로 ==
세포 내 핵산의 전환으로 생성된(또는 음식으로 섭취된) 퓨린은 회수되어 새로운 뉴클레오타이드에서 재사용될 수 있다.

* [[아데닌 포스포리보실트랜스퍼레이스]](APRT)는 [[아데닌]]을 회수한다.
: 아데닌 + 포스포리보실 피로인산(PRPP) → 아데노신 일인산(AMP) + PP<sub>i</sub>
* [[하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스]](HGPRT)는 [[구아닌]]과 [[하이포잔틴]]을 회수한다.<ref name="pmid26616453">{{저널 인용|vauthors=Ansari MY, Equbal A, Dikhit MR, Mansuri R, Rana S, Ali V, Sahoo GC, Das P | title = Establishment of Correlation between In-Silico &In-Vitro Test Analysis against Leishmania HGPRT to inhibitors | journal = International Journal of Biological Macromolecules | date = Nov 2015  | pmid = 26616453 | doi = 10.1016/j.ijbiomac.2015.11.051 | volume=83 | pages=78–96}}</ref> 하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스의 유전적 결핍은 [[레쉬-니한 증후군]]을 일으킨다.

== 대사 이상 ==
퓨린과 피리미딘의 대사에 관여하는 유전자에 이상이 생기면, 유전 질환으로 고통을 겪을 수 있다. 이러한 퓨린과 피리미딘 대사 이상 질환의 증상으로는 [[통풍]], [[빈혈]], [[간질]], 발달 지연, 난청, 강박 관념, 신장 이상 또는 신장 결석, 면역력 상실 등이 있을 수 있다.

퓨린 대사의 이상은 [[DNA]]와 [[RNA]]에 삽입될 수 있는 유해한 [[뉴클레오사이드 삼인산]]으로부터 발생할 수 있는 유전 정보의 균형을 깨뜨릴 수 있으며, 이로 인해 유전적 장애와 변이를 더욱 초래하고, 그 결과 여러 종류의 질병들을 발생시킬 수 있다. 이러한 질병들 중 일부는 다음과 같다.

# 아데노신 탈아미노효소의 소실에 의한 중증 면역결핍증.
# 하이포잔틴-구아닌 포스포리보실트랜스퍼레이스의 소실에 의한 고요산혈증 및 레쉬-니한 증후군.
# IMP 탈수소효소와 같은 효소의 활성이 증가함에 따라 다른 종류의 암의 발생.<ref>{{저널 인용|last=Pang|first=Bo|last2=McFaline|first2=Jose L.|last3=Burgis|first3=Nicholas E.|last4=Dong|first4=Min|last5=Taghizadeh|first5=Koli|last6=Sullivan|first6=Matthew R.|last7=Elmquist|first7=C. Eric|last8=Cunningham|first8=Richard P.|last9=Dedon|first9=Peter C.|date=2012|title=Defects in purine nucleotide metabolism lead to substantial incorporation of xanthine and hypoxanthine into DNA and RNA|jstor=41477470|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|volume=109|issue=7|pages=2319–2324|doi=10.1073/pnas.1118455109|pmid=22308425|pmc=3289290|bibcode=2012PNAS..109.2319P}}</ref>

== 약물 요법 ==
퓨린 대사의 조절은 약물치료적 가치를 가지고 있다.

퓨린 합성 저해제는 세포, 특히 [[백혈구]]의 증식을 저해한다. 이러한 저해제로는 [[장기 이식]], [[류머티스 관절염]]과 같은 [[자가면역질환]], [[크론병]] 및 [[궤양성 대장염]]과 같은 염증성 장질환에 사용되는 면역억제제인 [[아자티오프린]]이 있다.

[[마이코페놀산]]은 장기 이식에서 거부 반응을 막기 위해 사용되는 면역 억제제이다. 마이코페놀산은 이노시톨 일인산 탈수소효소를 차단함으로써 퓨린 합성을 저해한다. 또한 [[메토트렉세이트]]는 [[폴산]]의 대사를 차단함으로써 간접적으로 퓨린 합성을 저해한다(메토트렉세이트는 [[다이하이드로폴산 환원효소]]의 [[효소 저해제|저해제]]이다).

[[알로퓨리놀]]은 잔틴 산화효소를 저해해서 체내 요산의 수준을 낮추는 약물이다. 알로퓨리놀은 과도한 요산에 의해 관절에 결정이 형성되는 질병인 [[통풍]]의 치료에 유용하다.

== 같이 보기 ==
* [[피리미딘 대사]]
* [[퓨린]]
* [[퓨린성 신호전달]]
* [[질병 완화 항류마티스제]] (DMARD)

== 각주 ==
{{각주}}

== 외부 링크 ==
* [http://themedicalbiochemistrypage.org/ The Medical Biochemistry Page]
* [http://www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00230.html Purine metabolism - Reference pathway] {{웨이백|url=http://www.genome.jp/kegg/pathway/map/map00230.html |date=20200921191800 }}
* [http://www.pumpa.org.uk PUMPA: Purine Metabolic Patients’ Association] {{웨이백|url=http://www.pumpa.org.uk/ |date=20201129220700 }}

{{물질대사}}
{{뉴클레오타이드 대사 중간생성물들}}
{{뉴클레오타이드 대사 효소}}

[[분류:퓨린]]
[[분류:대사경로]]