{{위키데이터 속성 추적}}
{{효소 정보
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'''트랜스케톨레이스'''({{llang|en|transketolase}}) ({{EC number|2.2.1.1}})는 TKT 유전자에 의해 암호화되며, 모든 [[생물체]]의 [[오탄당 인산 경로]]와 [[광합성]]의 [[캘빈 회로]]에 관여하는 [[효소]]이다. 이 두 가지 [[대사 경로]]에서 반대 방향으로 작동하는 두 가지 중요한 반응을 [[촉매]]한다. [[오탄당 인산 경로]]의 [[오탄당 인산 경로#비산화적 단계|비산화적 단계]]의 첫 번째 반응에서 [[티아민 피로인산]]을 [[보조 인자]]로 사용하는 트랜스케톨레이스는 [[리보스 5-인산]]과 [[자일룰로스 5-인산]]을 [[세도헵툴로스 7-인산]]과 [[글리세르알데하이드 3-인산]]으로 전환시키는 반응을 촉매한다. 캘빈 회로에서 트랜스케톨레이스는 세도헵툴로스 7-인산과 글리세르알데하이드 3-인산을 [[5탄당]] [[알도스]]인 리보스 5-인산과 5탄당 [[케토스]]인 자일룰로스 5-인산으로 전환시키는 역반응을 촉매한다.

오탄당 인산 경로에서 트랜스케톨레이스에 의해 촉매되는 두 번째 반응은 2-탄소 절편의 동일한 티아민 피로인산 매개 전이 반응을 포함하며 [[에리트로스 4-인산]]과 [[자일룰로스 5-인산]]을 [[과당 6-인산]]과 [[글리세르알데하이드 3-인산]]으로 전환한다. 다시 말하자면 캘빈 회로에서 정확히 동일한 반응이 일어나지만, 반응의 진행 방향은 반대이다. 더욱이 캘빈 회로에서 이 반응은 두 번째가 아니라 트랜스케톨레이스에 의해 촉매되는 첫 번째 반응이다.

포유류에서 트랜스케톨레이스는 오탄당 인산 경로와 [[해당과정]]을 연결하며, 과도한 [[당인산]]을 주된 [[탄수화물]] [[대사 경로]]로 공급하는 역할을 한다. 트랜스케톨레이스는 [[NADPH]]의 생성, 특히 [[간]] 및 [[유선 (해부학)|유선]]에 의한 [[지방산 합성]]과 간 및 [[부신]]에 의한 [[스테로이드]] 합성과 같이 생합성에 활발히 관여하는 조직에 필요하다. 티아민 피로인산은 [[칼슘]]과 함께 필수적인 보조 인자이다.

트랜스케톨레이스는 포유류의 [[각막]]에서 각막세포와 상피세포에 의해 풍부하게 발현되며, 각막 [[크리스탈린]] 중 하나로 알려져 있다.<ref name="pmid11095059">{{저널 인용| vauthors = Sax CM, Kays WT, Salamon C, Chervenak MM, Xu YS, Piatigorsky J | title = Transketolase gene expression in the cornea is influenced by environmental factors and developmentally controlled events | journal = Cornea | volume = 19 | issue = 6 | pages = 833–41 | date = November 2000 | pmid = 11095059 | doi = 10.1097/00003226-200011000-00014 | s2cid = 7453789 }}</ref>

== 생물종에서의 분포 ==
트랜스케톨레이스는 [[세균]], [[식물]], [[포유류]]를 비롯한 다양한 [[생물]]들에서 광범위하게 발현된다. 다음의 유전자들은 사람에서 트랜스케톨레이스 활성을 가지고 있는 단백질을 암호화한다.
* TKT (트랜스케톨레이스)
* [[TKTL1]] (트랜스케톨레이스 유사 단백질 1)
* [[TKTL2]] (트랜스케톨레이스 유사 단백질 2)

== 구조 ==
이 효소의 [[활성 부위]]의 입구는 주로 몇 가지 [[아르기닌]], [[히스티딘]], [[세린]] 및 [[아스파르트산]] [[곁사슬]]로 구성되며 [[글루탐산]] 곁사슬은 보조 역할을 한다. 특정 Arg<sup>359</sup>, Arg<sup>528</sup>, His<sup>469</sup> 및 Ser<sup>386</sup>인 이들 곁사슬은 각각의 트랜스케톨레이스 효소 내에 보존되며 공여체 및 수용체 [[기질 (화학)|기질]]의 [[인산기]]와 상호작용을 한다. 기질 통로가 너무 좁기 때문에 공여체와 수용체 기질은 동시에 결합할 수 없다. 또한 기질은 이 좁은 통로를 수용하기 위해 활성 부위에 결합할 때 약간 확장된 형태로 순응한다.

이 효소는 [[케토스]] 및 [[알도스]], [[과당]], [[리보스]] 등을 포함하는 [[인산화]] 및 비인산화된 [[단당류]]와 같은 다양한 종류의 기질과 결합할 수 있지만 당의 [[하이드록실기]]의 [[입체배치]]에 대해 높은 [[기질 특이성|특이성]]을 가지고 있다. [[케토스]] 공여체의 3번 탄소(C3) 및 4번 탄소(C4)에 위치한 이러한 하이드록실기는 [[알도스]] 수용체의 1번 탄소(C1) 및 2번 탄소(C2) 위치와 정확하게 대응하기 위해 D-트레오 입체배치이어야 한다.<ref name=Nilsson>{{저널 인용| vauthors = Nilsson U, Meshalkina L, Lindqvist Y, Schneider G | title = Examination of substrate binding in thiamin diphosphate-dependent transketolase by protein crystallography and site-directed mutagenesis | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 272 | issue = 3 | pages = 1864–9 | date = January 1997 | pmid = 8999873 | doi = 10.1074/jbc.272.3.1864 | doi-access = free }}</ref> 또한 Asp<sup>477</sup>, His<sup>30</sup> 및 His<sup>263</sup> 잔기와 상호작용하여 활성 부위의 기질을 안정화시킨다. 하이드록실기의 배치 또는 이들의 입체화학 둘 다를 고려한 이 입체배치의 붕괴는 결과적으로 잔기와 기질 사이의 [[수소 결합]]을 변화시켜 기질에 대한 친화도를 낮춘다.

이 경로의 전반부에서 His<sup>263</sup>은 C3 하이드록실기의 [[양성자]]를 효과적으로 추출하는 데 사용되며, 따라서 [[과당 6-인산]]으로부터 2탄소 부분이 절단될 수 있다.<ref name="pmid9398292">{{저널 인용| vauthors = Wikner C, Nilsson U, Meshalkina L, Udekwu C, Lindqvist Y, Schneider G | title = Identification of catalytically important residues in yeast transketolase | journal = Biochemistry | volume = 36 | issue = 50 | pages = 15643–9 | date = December 1997 | pmid = 9398292 | doi = 10.1021/bi971606b }}</ref> 이 단계를 진행시키는 데 필요한 [[보조 인자]]는 [[티아민 피로인산]](TPP)이다. 효소에 대한 티아민 피로인산의 결합은 효소에 대한 주요 입체형태 변화를 일으키지 않는다. 대신 효소는 활성 부위에 두 개의 유연한 루프를 가지고 있어서 티아민 피로인산에 접근하고 결합할 수 있다.<ref name=Nilsson/> 따라서 이것은 활성 부위가 큰 입체형태 변화가 아닌 "닫힌" 입체형태를 가지도록 한다. 경로의 후반부에서 His<sup>263</sup>은 기질 수용체-TPP 복합체의 양성자 공여체로 사용되어 [[에리트로스 4-인산]]을 생성할 수 있다.

히스티딘 및 아스파르트산 곁사슬은 활성 부위 내에서 기질을 효과적으로 안정화시키고 또한 기질의 [[탈양성자화]]에 참여하는 데 사용된다. 구체적으로 His<sup>263</sup>과 His<sup>30</sup> 곁사슬은 기질 통로의 가장 깊은 곳인 기질의 [[알데하이드]] 말단과 수소 결합을 형성하고, Asp<sup>477</sup>은 기질의 알파 하이드록실기와 [[수소 결합]]을 형성하여 기질과 효과적으로 결합하고 적절한 입체화학을 확인하게 한다. 또한 Asp<sup>477</sup>은 활성 부위의 중간 방향과 기질의 알파 하이드록실기와의 상호작용으로 인해 중요한 촉매 효과를 가질 수 있다고 생각된다. 활성 부위의 가장 깊은 영역에 위치한 Glu<sup>418</sup>은 [[티아민 피로인산]](TPP) [[보조 인자]]를 안정화시키는 데 중요한 역할을 한다. 구체적으로 말하면 기질 분자로부터 보조 인자 보조 양성자 추출에 관여한다.<ref name=Nilsson/>

기질의 인산기는 또한 기질이 활성 부위에 들어갈 때 기질을 안정화시키는 데 중요한 역할을 한다. 이 인산기와 Arg<sup>359</sup>, Arg<sup>528</sup>, His<sup>469</sup> 및 Ser<sup>386</sup> 잔기 사이의 긴밀한 [[이온 결합]] 및 [[극성 (화학)|극성]] 상호작용은 집합적으로 인산기의 산소 원자와 수소 결합을 형성하여 기질을 안정화시킨다.<ref name=Nilsson/> 이온성은 Arg<sup>359</sup>로부터 인산기로 형성된 [[염다리]]에서 발견된다.

== 메커니즘 ==
이 메커니즘의 촉매 작용은 티아졸리움 고리에서 [[티아민 피로인산]]의 [[탈양성자화]]에 의해 시작된다. 이 [[탄소 음이온]]은 공여체 기질의 [[카보닐기]]와 결합하여 C2와 C3 사이의 결합을 절단한다. 이 케토 절편은 티아민 피로인산의 C2 탄소에 공유 결합된 상태로 남아 있다. 그런 다음 공여체 기질이 방출되고 수용체 기질은 중간생성물 α-β-다이하이드록시에틸 티아민 피로인산과 결합된 절편이 수용체로 전달되는 활성 부위로 들어간다.<ref name=Nilsson/>
{|
|[[파일:Transketolase Mechanism using TPP.jpg|900px|섬네일|왼쪽|트랜스케톨레이스의 활성 부위에서 과당 6-인산의 자일룰로스 5-인산으로의 변환 메커니즘]]
|}
기질의 인산기와 상호작용하는 Arg<sup>359</sup>, Arg<sup>528</sup>, His<sup>469</sup>와 같은 활성 부위 입구의 [[아미노산]]을 알라닌으로 대체하는 효과를 시험하는 실험도 수행되었다. 이러한 대체는 촉매 활성이 손상된 [[돌연변이체]] 효소를 생성한다.<ref name=Nilsson/>

== 질병에서의 역할 ==
트랜스케톨레이스 활성은 일반적으로 [[영양실조]]로 인한 티아민의 결핍으로 인해 감소한다. [[각기병]], 비오틴-티아민 반응 기저핵 질환,<ref name="pmid24260777">{{서적 인용|url=https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK169615/|title=GeneReviews|date=August 2020|publisher=University of Washington, Seattle|pages=|chapter=Biotin-Thiamine-Responsive Basal Ganglia Disease|doi=|pmid=24260777|vauthors=Tabarki B, Al-Hashem A, Alfadhel M|veditors=Adam MP, Ardinger HH, Pagon RA, Wallace SE, Bean LJ, Mirzaa G, Amemiya A, Tabarki B, Al-Hashem A, Alfadhel M}}</ref> [[베르니케-코르사코프 증후군]] 등 여러 질병들이(종합적인 목록은 [[티아민]] 문서를 참조) 티아민의 결핍과 관련이 있다.

베르니케-코르사코프 증후군에서 돌연변이가 입증되지는 않았지만,<ref name="pmid8419340">{{저널 인용 | vauthors = McCool BA, Plonk SG, Martin PR, Singleton CK | title = Cloning of human transketolase cDNAs and comparison of the nucleotide sequence of the coding region in Wernicke-Korsakoff and non-Wernicke-Korsakoff individuals | journal = The Journal of Biological Chemistry | volume = 268 | issue = 2 | pages = 1397–404 | date = January 1993 | doi = 10.1016/S0021-9258(18)54089-8 | pmid = 8419340 | url = http://www.jbc.org/citmgr?gca=jbc;268/2/1397 | doi-access = free }}{{깨진 링크|url=http://www.jbc.org/citmgr?gca=jbc;268/2/1397 }}</ref> 티아민 결핍은 트랜스케톨레이스가 티아민에 대한 친화력이 감소된 환자에서만 베르니케-코르사코프 증후군으로 이어진다는 징후가 있다.<ref>{{저널 인용| vauthors = Blass JP, Gibson GE | title = Abnormality of a thiamine-requiring enzyme in patients with Wernicke-Korsakoff syndrome | journal = The New England Journal of Medicine | volume = 297 | issue = 25 | pages = 1367–70 | date = December 1977 | pmid = 927453 | doi = 10.1056/NEJM197712222972503 }}</ref> 이러한 방식으로 트랜스케톨레이스의 활성이 크게 저하되고 결과적으로 전체적인 [[오탄당 인산 경로]]가 저해된다.<ref name="isbn0-7167-4339-6">{{서적 인용| vauthors = Cox M, Nelson DR, Lehninger AL | title = Lehninger principles of biochemistry | publisher = W.H. Freeman | location = San Francisco | year = 2005 | isbn = 0-7167-4339-6 | url = https://archive.org/details/lehningerprincip00lehn_0 | url-access = registration }}</ref>

단신, 발달 지연 및 선천성 심장 결함(SDDHD, Short Stature, Developmental Delay, and congenital Heart Defects)로도 알려진 트랜스케톨레이스 결핍증은 TKT 유전자의 돌연변이로 인해 발생하는 [[상염색체 열성]] 질환이다. 이것은 발달 지연 및 지적 장애, 언어 지연 또는 부재, 단신 및 선천성 심장 결함을 포함하며, 유아기에 명백한 증상을 보이는 [[오탄당 인산 경로]] 대사 과정의 드문 장애이다. 추가로 보고된 특징으로는 저긴장증, 과잉행동, 상동적 행동, 안과적 이상, 청력 손상, 다양한 안면 기형 등이 있다. 실험실 분석 결과 혈장 및 오줌에서 폴리올(에리트리톨, 아라비톨 및 리비톨) 및 요당-인산(리보스 5-인산 및 자일룰로스/리불로스 5-인산)이 증가한 것으로 나타났다.<ref>{{웹 인용|title=Orphanet: Transketolase deficiency |url=https://www.orpha.net/consor/cgi-bin/OC_Exp.php?lng=en&Expert=488618 |access-date=2023-03-20 |website=www.orpha.net}}</ref> 5명의 모든 환자로부터 얻은 세포 추출물은 잔류 트랜스케톨레이스 활성이 없거나 낮은 것으로 나타났다. 보일(Boyle) 등(2016년)은 필수적인 효소임에도 불구하고 트랜스케톨레이스 결핍이 생명과 직결되지 않는 이유를 동일한 기능을 가지는 다른 단백질에서 유래했을 가능성이 있는 일부 조직의 낮은 트랜스케톨레이스 활성으로 설명할 수 있다고 제안했다.<ref>{{웹 인용|title=# 617044 - SHORT STATURE, DEVELOPMENTAL DELAY, AND CONGENITAL HEART DEFECTS; SDDHD - Alternative titles; symbols - TRANSKETOLASE DEFICIENCY - TKT DEFICIENCY |url=https://www.omim.org/entry/617044 |access-date=March 20, 2023 |website=OMIM - Online Mendelian Inheritance in Man}}</ref>

== 진단용 ==
[[적혈구]]의 트랜스케톨레이스 활성은 [[티아민]](비타민 B<sub>1</sub>)의 결핍시 감소되며, 진단이 의심스러운 경우 [[베르니케 뇌병증]] 및 기타 비타민 B<sub>1</sub> 결핍 증후군의 진단에 사용될 수 있다.<ref name="pmid4330339">{{저널 인용| vauthors = Smeets EH, Muller H, de Wael J | title = A NADH-dependent transketolase assay in erythrocyte hemolysates | journal = Clinica Chimica Acta; International Journal of Clinical Chemistry | volume = 33 | issue = 2 | pages = 379–86 | date = July 1971 | pmid = 4330339 | doi = 10.1016/0009-8981(71)90496-7 | hdl-access = free | hdl = 1874/24761 | s2cid = 34219273 }}</ref> 기준선 효소 활성(결핍 상태에서도 정상일 수 있음)과는 별도로 티아민 피로인산의 첨가한 후 효소 활성의 가속화는 티아민 결핍(0~15%는 정상, 15~25%는 결핍, 25% 초과는 심각한 결핍)으로 진단될 수 있다.<ref name="pmid7548453">{{저널 인용| vauthors = Doolman R, Dinbar A, Sela BA | title = Improved measurement of transketolase activity in the assessment of "TPP effect" | journal = European Journal of Clinical Chemistry and Clinical Biochemistry | volume = 33 | issue = 7 | pages = 445–6 | date = July 1995 | pmid = 7548453 }}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[전이효소]]
* [[트랜스알돌레이스]]
* [[오탄당 인산 경로]]

== 각주 ==
{{각주|2}}

{{오탄당 인산 경로 효소}}
{{효소}}
{{알데하이드-케톤 전이효소}}

[[분류:EC 2.2.1]]
[[분류:광합성]]
[[분류:인간 3번 염색체상 유전자]]