{{위키데이터 속성 추적}}
{{enzyme
| Name = 리불로스 5-인산 3-에피머화효소
| EC_number = 5.1.3.1
| CAS_number = 9024-20-8
| IUBMB_EC_number = 5/1/3/1
| GO_code = 0004750
| image = 3inp.jpg
| width = 270
| caption = 프란시셀라 툴라렌시스(''Francisella tularensis'')의 D-리불로스 5-인산 3-에피머화효소 12량체
}}
{{Pfam_box
| Symbol = Ribul_P_3_epim
| Name = 리불로스 5-인산 3-에피머화효소 패밀리
| image = 
| width = 
| caption = 
| Pfam= PF00834
| InterPro= IPR000056
| SMART= 
| Prosite = PDOC00833
| SCOP = 1rpx
| TCDB = 
| OPM family= 
| OPM protein= 
| PDB= 
{{PDB3|1tqj}}B:6-208     {{PDB3|1rpx}}A:58-260    {{PDB3|1h1z}}A:8-208
{{PDB3|1h1y}}B:8-208     {{PDB3|1tqx}}A:7-208
}}

'''리불로스 5-인산 3-에피머화효소'''({{llang|en|ribulose 5-phosphate 3-epimerase}}) ({{EC number|5.1.3.1}})는 RPE 유전자에 의해 암호화되어 있으며 다음과 같이 [[리불로스 5-인산|D-리불로스 5-인산]]과 [[자일룰로스 5-인산|D-자일룰로스 5-인산]] 간의 상호전환을 촉매하는 [[금속단백질]]이다.<ref name="Akana" /> '''리불로스 인산 3-에피머화효소'''({{llang|en|ribulose-phosphate 3-epimerase}}), '''포스포펜토스 에피머화효소'''({{llang|en|phosphopentose epimerase}})라고도 한다.
: D-리불로스 5-인산  ⇄  D-자일룰로스 5-인산

이러한 가역적 전환은 [[식물]]의 [[탄소 고정]] 반응([[캘빈 회로]])과 [[오탄당 인산 경로]]의 비산화적 단계에 필요하다.<ref name=Liang>{{저널 인용| vauthors = Liang W, Ouyang S, Shaw N, Joachimiak A, Zhang R, Liu ZJ | title = Conversion of D-ribulose 5-phosphate to D-xylulose 5-phosphate: new insights from structural and biochemical studies on human RPE | url = https://archive.org/details/sim_faseb-journal_2011-02_25_2/page/497 | journal = FASEB Journal | volume = 25 | issue = 2 | pages = 497–504 | date = Feb 2011 | pmid = 20923965 | doi = 10.1096/fj.10-171207 | pmc = 6188353 }}</ref><ref name=Mendz>{{저널 인용|last=Mendz|first=George|author2=Stuart Hazell|title=Evidence for a pentose phosphate pathway in Helicobacter pylori|journal=FEMS Microbiology Letters|year=1991|volume=84|issue=3|pages=331–336|doi=10.1111/j.1574-6968.1991.tb04619.x|doi-access=free}}</ref> 이 [[효소]]는 또한 추가적인 [[오탄당]]과 [[글루쿠론산]]의 상호전환과 관련이 있다.

[[쿠프리아비두스 메탈리두란스]](''Cupriavidus metallidurans'')에서 리불로스 5-인산 3-에피머화효소를 암호화하는 [[유전자]]의 두 개의 사본이 알려져 있다.<ref name="PUB00002204">{{저널 인용| vauthors = Kusian B, Yoo JG, Bednarski R, Bowien B | title = The Calvin cycle enzyme pentose-5-phosphate 3-epimerase is encoded within the cfx operons of the chemoautotroph Alcaligenes eutrophus | url = https://archive.org/details/sim_journal-of-bacteriology_1992-11_174_22/page/7337 | journal = Journal of Bacteriology | volume = 174 | issue = 22 | pages = 7337–44 | date = Nov 1992 | doi = 10.1128/jb.174.22.7337-7344.1992 | pmid = 1429456 | pmc = 207429 }}</ref> 하나는 [[염색체]]에 있는 P40117이고, 다른 하나는 [[플라스미드]]에 있는 Q04539이다. 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 [[세균]], [[고세균]], [[균류]], [[식물]]에서 광범위하게 발견되었다. 모든 [[단백질]]들은 209~241개의 [[아미노산]] [[잔기]]를 가지고 있다. 리보스 5-인산 3-에피머화효소는 [[TIM 배럴]] 구조를 가지고 있다.

== 명명법 ==
리불로스 5-인산 3-에피머화효소의 계통명은 '''D-리불로스 5-인산 3-에피머화효소'''({{llang|en|D-ribulose-5-phosphate 3-epimerase}})이다. 다음은 일반적으로 사용되는 다른 이름들이다.
{{div col|colwidth=20em}}
* 포스포리불로스 에피머화효소,
* 에리트로스 4-인산 이성질화효소,
* 포스포케토펜토스 3-에피머화효소,
* 자일룰로스 인산 3-에피머화효소,
* 포스포케토펜토스 에피머화효소,
* 리불로스 5-인산 3-에피머화효소,
* D-리불로스 인산 3-에피머화효소,
* D-리불로스 5-인산 에피머화효소,
* D-리불로스 5-P 3-에피머화효소,
* D-자일룰로스 5-인산 3-에피머화효소,
* 펜토스 5-인산 3-에피머화효소.
{{Div col end}}

리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 [[오탄당 인산 경로]], 오탄당과 글루콘산 간의 상호전환, [[탄소 고정]]의 3가지 [[대사 경로]]에 참여한다.

이 도메인을 포함하는 사람의 단백질은 리불로스 5-인산 3-에피머화효소이다.

== 패밀리 ==
리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 상위 계층의 두 가지 단백질 패밀리로 분류할 수 있다. 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 [[이성질화효소]]에 속하며, 특히 [[탄수화물]]과 그 [[유도체]]에 작용하는 [[라세미화효소]]와 [[에피머화효소]]에 속한다.<ref name=Akana>{{저널 인용| vauthors = Akana J, Fedorov AA, Fedorov E, Novak WR, Babbitt PC, Almo SC, Gerlt JA | title = D-Ribulose 5-phosphate 3-epimerase: functional and structural relationships to members of the ribulose-phosphate binding (beta/alpha)8-barrel superfamily | journal = Biochemistry | volume = 45 | issue = 8 | pages = 2493–503 | date = Feb 2006 | pmid = 16489742 | doi = 10.1021/bi052474m }}</ref> 또한, [[단백질 입체구조 분류 데이터베이스]]는 이 [[에피머화효소]]가 구성원인 "리불로스 인산 결합" 슈퍼패밀리를 정의했다.<ref name=Akana /> 이 슈퍼패밀리에 포함된 다른 단백질에는 5'-일인산 탈카복실화효소(OMPDC) 및 3-케토-1-굴론산 6-인산 탈카복실화효소(KGPDC)가 있다.

== 구조 ==
2007년을 기준으로 이러한 부류의 효소에 대해 [[단백질 정보 은행|PDB]] 접근 코드 1H1Y, 1H1Z, 1RPX, 1TQJ의 4가지 [[단백질의 3차 구조|구조]]가 해결되었다.

=== 전체 구조 ===
결정학적 연구는 리불로스 5-인산 3-에피머화효소의 [[주효소]] 구조를 밝히는 데 도움이 되었다. 이러한 연구의 결과는 이 효소가 용액에서 [[동종이량체]]로 존재함을 보여주었다.<ref name=Chen5>{{저널 인용| vauthors = Chen YR, Hartman FC, Lu TY, Larimer FW | title = D-Ribulose-5-phosphate 3-epimerase: cloning and heterologous expression of the spinach gene, and purification and characterization of the recombinant enzyme | url = https://archive.org/details/sim_plant-physiology_1998-09_118_1/page/199 | journal = Plant Physiology | volume = 118 | issue = 1 | pages = 199–207 | date = Sep 1998 | pmid = 9733539 | pmc = 34857 | doi = 10.1104/pp.118.1.199 }}</ref><ref name=Karmali>{{저널 인용| vauthors = Karmali A, Drake AF, Spencer N | title = Purification, properties and assay of D-ribulose 5-phosphate 3-epimerase from human erythrocytes | journal = The Biochemical Journal | volume = 211 | issue = 3 | pages = 617–23 | date = Jun 1983 | pmid = 6882362 | pmc = 1154406 | doi=10.1042/bj2110617}}</ref> 또한 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 루프를 포함하는 (β/α)<sub>8</sub> [[삼탄당 인산 이성질화효소]] (TIM) 배럴로 접힌다.<ref name=Liang /> 코어 배럴은 중앙의 [[β-시트]]를 구성하는 8개의 평행 가닥으로 구성되며 연속 가닥 사이에 [[나선]]이 있다. 이 구조의 루프는 [[기질 특이성]]을 조절하는 것으로 알려져 있다. 구체적으로, [[나선]] α6과 가닥 β6을 연결하는 루프는 [[기질 (화학)|기질]]이 결합할 때 [[활성 부위]]를 덮는다.<ref name=Liang />

앞서 언급했듯이 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 금속 효소이다. 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 기능을 위한 [[보조 인자]]를 필요로 하며, 소단위체당 하나의 [[원자가|2가]] 금속 [[양이온]]과 결합한다.<ref name=UniProt>{{웹 인용|title=Ribulose-phosphate 3-epimerase|url=https://www.uniprot.org/uniprot/Q96AT9|work=UniProt|access-date=6 March 2013}}</ref> 이 효소는 Co<sup>2+</sup> 및 Mn<sup>2+</sup>와 함께 주로 [[촉매]] 작용을 위해 Zn<sup>2+</sup>를 사용하는 것으로 나타났다.<ref name=Liang /> 그러나 [[RPE (유전자)|RPE]] 유전자에 의해 암호화되는 사람의 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 주로 촉매 작용에서 Fe<sup>2+</sup>와 결합한다는 점에서 다르다. Fe<sup>2+</sup>는 팔면체로 배위되어 있으며 그림에서 관찰된 2,3-엔다이올레이트 반응 중간생성물을 안정화시킨다.<ref name=Liang />

=== 활성 부위 ===
β6/α6 루프 영역은 기질과 상호작용하고 활성 부위에 대한 접근을 조절한다. 이 영역의 Phe<sup>147</sup>, Gly<sup>148</sup>, Ala<sup>149</sup>는 일단 결합이 일어나면 활성 부위를 덮는다. 또한 Fe<sup>2+</sup>는 His<sup>35</sup>, His<sup>70</sup>, Asp<sup>37</sup>, Asp<sup>175</sup> 및 기질의 산소종인 O<sub>2</sub>와 O<sub>3</sub>에 배위된다.<ref name=Liang /> [[철]] [[양이온]]과 기질의 [[원자]]의 결합은 촉매 작용 동안 복합체를 안정화시키는 데 도움이 된다. [[돌연변이 유발]] 연구에 따르면 두 개의 [[아스파르트산]]이 활성 부위에 위치하며 1,1-양성자 전달 반응을 통한 촉매 작용을 매개하는 데 도움을 주는 것으로 나타났다.<ref name=Akana /> 아스파르트산은 산/염기 촉매이다. 마지막으로 [[리간드]]가 활성 부위에 부착되면 일련의 메티오닌(Met<sup>39</sup>, Met<sup>72</sup>, Met<sup>141</sup>)이 수축을 통해 추가적인 이동을 제한한다.<ref name=Jelakovic>{{저널 인용| vauthors = Jelakovic S, Kopriva S, Süss KH, Schulz GE | title = Structure and catalytic mechanism of the cytosolic D-ribulose-5-phosphate 3-epimerase from rice | journal = Journal of Molecular Biology | volume = 326 | issue = 1 | pages = 127–35 | date = Feb 2003 | pmid = 12547196 | doi = 10.1016/S0022-2836(02)01374-8 }}</ref>

== 메커니즘 ==
[[파일:Phosphoenolase Epimerase Mechanism.png|섬네일|리불로스 5-인산이 리불로스 5-인산 3-에피머화효소에 의해 자일룰로스 5-인산으로 전환되는 메커니즘. 중간생성물로 2,3-트랜스-엔다이올레이트가 생성된다.]]

리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 산/염기 유형의 촉매 메커니즘을 사용한다. 반응은 트랜스-2,3-엔다이올 인산이 [[중간생성물]]인 방식으로 진행된다.<ref name=Das>{{서적 인용|last=Das|first=Debajoyti|title=Biochemistry|year=1978|publisher=Academic Publishers|pages=454–460}}</ref><ref name=Davies>{{저널 인용| vauthors = Davis L, Lee N, Glaser L | title = On the mechanism of the pentose phosphate epimerases | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 247 | issue = 18 | pages = 5862–6 | date = Sep 1972 | doi = 10.1016/S0021-9258(19)44837-0 | pmid = 4560420 | url = http://www.jbc.org/content/247/18/5862 | doi-access = free }}</ref> 위에서 언급한 두 개의 아스파르트산은 양성자 공여체와 양성자 수용체로 역할을 한다. Asp<sup>37</sup>과 Asp<sup>175</sup>는 모두 활성 부위에서 철 양이온과 [[수소 결합]]되어 있다.<ref name=Liang /> Asp<sup>37</sup>이 [[탈양성자화]]되면 중간생성물을 형성하는 D-리불로스 5-인산의 세 번째 탄소에 있는 양성자를 공격한다.<ref name=Berg>{{서적 인용|last=Berg|first=Jeremy|title=Biochemistry|year=2006|publisher=WH Freeman and Company|isbn=978-0-7167-8724-2|pages=570–580}}</ref> 협력 단계에서 Asp37이 양성자를 잡을 때 기질의 [[카보닐기|카보닐]] 결합은 Asp175에서 두 번째 양성자를 잡아 [[하이드록실기]]를 형성한다. 철 착물은 추가적인 전하를 안정화하는 데 도움을 준다. D-리불로스 5-인산의 3번 탄소(C3)에서 이러한 [[에피머화]]를 거쳐 D-자일룰로스 5-인산이 생성된다.<ref name=Jelakovic/> 이러한 메커니즘은 그림에서처럼 명확하게 증명되었다.

== 기능 ==
=== 캘빈 회로 ===
[[식물]]에 대한 [[전자현미경 관찰]] 실험은 리불로스 5-인산 3-에피머화효소가 [[엽록체]]의 [[틸라코이드 막]]에 국한되어 있는 것으로 나타났다.<ref name=Chen4>{{저널 인용| vauthors = Chen YR, Larimer FW, Serpersu EH, Hartman FC | title = Identification of a catalytic aspartyl residue of D-ribulose 5-phosphate 3-epimerase by site-directed mutagenesis | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 274 | issue = 4 | pages = 2132–6 | date = Jan 1999 | pmid = 9890975 | doi = 10.1074/jbc.274.4.2132 | doi-access = free }}</ref> 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 [[리불로스 1,5-이중인산]]의 재생을 포함하는 [[캘빈 회로]]의 세 번째 단계에 참여한다. 리불로스 1,5-이중인산(RuBP)는 캘빈 회로의 첫 번째 단계에서 [[이산화 탄소]](CO<sub>2</sub>)의 수용체이며, 이는 리불로스 5-인산 3-에피머화효소가 캘빈 회로를 통한 대사 흐름을 조절함을 시사한다. 리불로스 1,5-이중인산이 재생되지 않으면 캘빈 회로를 계속해서 돌릴 수 없다. 따라서 [[자일룰로스 5-인산]]은 리불로스 5-인산 3-에피머화효소에 의해 [[리불로스 5-인산]]으로 가역적으로 전환된다. 이어서 [[포스포리불로키네이스]]는 리불로스 5-인산을 리불로스 1,5-이중인산으로 전환시킨다.<ref name=Berg />

=== 오탄당 인산 경로 ===
[[오탄당 인산 경로]](PPP)의 반응은 [[세포질]]에서 일어난다. 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 다양한 [[당류]]와 [[전구체]]의 생산을 포함하는 경로의 비산화적 부분에 특히 영향을 미친다.<ref name=Liang /> 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 [[리불로스 5-인산]]을 [[트랜스케톨레이스]]가 촉매하는 반응에 적합한 [[에피머]]인 [[자일룰로스 5-인산]]으로 전환시킨다.<ref name=Berg /> 따라서 오탄당 인산 경로에서 일어나는 반응은 정확히 캘빈 회로에서 일어나는 반응의 역반응이다. 메커니즘은 동일하게 유지되며 엔다이올레이트 중간생성물의 형성을 포함한다.

오탄당 인산 경로에 관여하기 때문에 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 [[산화 스트레스]]에 대한 세포 반응에 중요한 효소이다.<ref name=Liang /> 오탄당 인산 경로에 의한 [[NADPH]]의 생성은 [[활성 산소]]로부터 세포를 보호하는 데 도움이 된다. NADPH는 [[과산화 수소]](H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>)로부터 물을 생성하여 신체를 해독하는 [[글루타티온]]을 환원시킬 수 있다.<ref name=Liang /> 따라서 리불로스 5-인산 3-에피미화효소는 오탄당 인산 경로를 통한 [[대사 경로]]를 변경할 뿐만 아니라 [[과산화물]]의 축적을 방해한다.

== 진화 ==
많은 리불로스 5-인산 3-에피머화효소 유사체들의 구조는 결정학 연구를 통해 발견되었다.<ref name=Now>{{저널 인용| vauthors = Nowitzki U, Wyrich R, Westhoff P, Henze K, Schnarrenberger C, Martin W | title = Cloning of the amphibolic Calvin cycle/OPPP enzyme D-ribulose-5-phosphate 3-epimerase (EC 5.1.3.1) from spinach chloroplasts: functional and evolutionary aspects | url = https://archive.org/details/sim_plant-molecular-biology_1995-12_29_6/page/n184 | journal = Plant Molecular Biology | volume = 29 | issue = 6 | pages = 1279–91 | date = Dec 1995 | doi = 10.1007/bf00020468 | pmid = 8616224 | s2cid = 4215318 }}</ref><ref name=Wise>{{저널 인용| vauthors = Wise EL, Akana J, Gerlt JA, Rayment I | title = Structure of D-ribulose 5-phosphate 3-epimerase from Synechocystis to 1.6 A resolution | journal = Acta Crystallographica Section D | volume = 60 | issue = Pt 9 | pages = 1687–90 | date = Sep 2004 | pmid = 15333955 | doi = 10.1107/S0907444904015896 }}</ref> 캘빈 회로와 오탄당 인산 경로에서의 역할로 인해 전체 구조가 보존되어 있다. 진화적으로 유연 관계가 먼 생물들의 서열을 비교했을 때 50% 이상의 유사성이 관찰되었다.<ref name=Teige>{{저널 인용| vauthors = Teige M, Kopriva S, Bauwe H, Süss KH | title = Chloroplast pentose-5-phosphate 3-epimerase from potato: cloning, cDNA sequence, and tissue-specific enzyme accumulation | journal = FEBS Letters | volume = 377 | issue = 3 | pages = 349–52 | date = Dec 1995 | pmid = 8549753 | doi = 10.1016/0014-5793(95)01373-3 | s2cid = 34359563 | doi-access = free }}</ref> 그러나 많은 분자 간 상호작용에 관여하는 [[단백질 이량체|이량체]] 계면에 위치한 아미노산이 반드시 보존되는 것은 아니다. "리불로스 인산 결합" 슈퍼패밀리의 구성원은 조상의 (β/α)<sub>8</sub> 배럴로부터 [[발산 진화]]의 결과라는 점에 주목하는 것이 중요하다.<ref name=Akana />

== 약물 표적화 및 말라리아 ==
[[원생동물]]인 [[플라스모디움 팔시파룸]](''Plasmodium falciparum'')은 [[말라리아]]의 주된 원인이 되는 [[병원체]]이다. 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 말라리아 전파에 필수적인 경로인 [[시킴산 경로]]와 관련이 있다.<ref name=Car>{{저널 인용| vauthors = Caruthers J, Bosch J, Buckner F, Van Voorhis W, Myler P, Worthey E, Mehlin C, Boni E, DeTitta G, Luft J, Lauricella A, Kalyuzhniy O, Anderson L, Zucker F, Soltis M, Hol WG | title = Structure of a ribulose 5-phosphate 3-epimerase from Plasmodium falciparum | journal = Proteins | volume = 62 | issue = 2 | pages = 338–42 | date = Feb 2006 | pmid = 16304640 | doi = 10.1002/prot.20764 | s2cid = 9256275 }}</ref> [[리불로스 5-인산]]은 리불로스 5-인산 3-에피머화효소에 의해 [[자일룰로스 5-인산]]으로 전환된다. 자일룰로스 5-인산과 [[리보스 5-인산]]은 [[트랜스케톨레이스]]에 의해 [[글리세르알데하이드 3-인산]]과 [[세도헵툴로스 7-인산]]으로 전환되며, 이어서 [[트랜스알돌레이스]]에 의해 [[에리트로스 4-인산]]과 [[과당 6-인산]]으로 전환된다. 시킴산 경로에서 에리트로스 4-인산은 코리슴산으로 전환된다.<ref name=Car /> 플라스모디움 팔시파룸(''Plasmodium falciparum'')에서 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 에리트로스 4-인산을 [[기질 (화학)|기질]]로 사용한다. 시킴산 경로에서 관여하기 때문에 리불로스 5-인산 3-에피머화효소는 항말라리아제 개발의 잠재적 약물 표적이 된다.

== 같이 보기 ==
* [[리보스 5-인산 이성질화효소]]
* [[포스포리불로키네이스]]
* [[오탄당 인산 경로]]
* [[TIM 배럴]]
* [[RPE (유전자)|RPE]] – 리불로스 5-인산 3-에피머화효소를 암호화하고 있는 사람의 유전자

== 각주 ==
{{각주|33em}}

== 외부 링크 ==
{{위키공용분류}}
* [https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=stryer.figgrp.2802 Diagram at nlm.nih.gov]
* [http://cmgm.stanford.edu/biochem200/OVERHEADS_PPP.html Diagram at stanford.edu] {{웨이백|url=http://cmgm.stanford.edu/biochem200/OVERHEADS_PPP.html |date=20050312000824 }}
* [http://www.fasebj.org/content/25/2/497.long#]

{{오탄당 인산 경로 효소}}
{{효소}}
{{에피머화효소 및 라세미화효소}}

[[분류:EC 5.1.3]]
[[분류:구조가 알려진 효소]]