{{위키데이터 속성 추적}}
{{효소 정보}}
{{단백질족 정보
| Name = 헴 산소화효소
| image = PDB 1twr EBI.jpg
| width = 
| caption = Crystal structures of ferrous and ferrous-no forms of verdoheme in a complex with human heme oxygenase-1: catalytic implications for heme cleavage
}}
'''헴 산소화효소'''({{Llang|en|heme oxygenase}})는 [[헴]]의 분해를 [[촉매]]하여 [[빌리베르딘]], [[제일철]], [[일산화 탄소]]를 생성하는 [[효소]]이다.<ref>{{저널 인용|제목=Heme oxygenase and heme degradation|저널=Biochem. Biophys. Res. Commun.|날짜=2005|권=338|호=1|쪽=558–567|doi=10.1016/j.bbrc.2005.08.020|pmid=16115609}}</ref><ref name="pmid16601269">{{저널 인용|제목=Heme oxygenase-1/carbon monoxide: from basic science to therapeutic applications|저널=Physiological Reviews|날짜=2006|권=86|호=2|쪽=583–650|doi=10.1152/physrev.00011.2005|pmid=16601269}}</ref> 헴 산소화효소는 인체에서 일산화 탄소 생성을 위한 주 촉매제이다.<ref name="CO therapy">{{저널 인용|제목=The therapeutic potential of carbon monoxide|저널=Nature Reviews. Drug Discovery|날짜=2010|권=9|호=9|쪽=728–743|doi=10.1038/nrd3228|pmid=20811383}}</ref>

== 헴 산소화효소 ==
헴 산소화효소는 HSP32로 확인된 열충격단백질(Heat Shock Protein, HSP) 계열의 헴 함유 구성원이다. 헴 산소화효소 1은 288개의 아미노산 잔기를 포함하는 32kDa 효소이다.<ref>{{저널 인용|제목=Expression of heat shock protein 32 (hemoxygenase-1) in the normal and inflamed human stomach and colon: an immunohistochemical study|저널=Cell Stress & Chaperones|날짜=2003|권=8|호=4|쪽=329–334|doi=10.1379/1466-1268(2003)008<0329:eohsph>2.0.co;2|pmc=514904|pmid=15115285}}</ref> 헴 산소화효소는 주로 [[소포체]]에 위치하지만 [[미토콘드리아]], [[세포핵]], [[세포막]]에서도 발견된다.<ref>{{저널 인용|제목=Where is the Clinical Breakthrough of Heme Oxygenase-1 / Carbon Monoxide Therapeutics?|저널=Current Pharmaceutical Design|날짜=2018|권=24|호=20|쪽=2264–2282|doi=10.2174/1381612824666180723161811|pmid=30039755}}</ref>

헴 산소화효소는 헴이 [[빌리베르딘]]/[[빌리루빈]], [[제일철]], [[일산화탄소]]로의 분해를 촉매한다. 헴 산소화효소는 몸 전체에 존재하지만 [[적혈구]]의 재활용 동안 [[헤모글로빈]] 분해의 상당한 활동을 비장에서 진행하며, 이는 헴 유래 내인성 일산화 탄소 생산의 80%를 차지한다. 헴 유래 일산화 탄소 생산의 나머지 20%는 주로 [[헴단백질]]([[미오글로빈]], [[시토크롬]], [[카탈레이스]], [[과산화효소]], 가용성 구아닐산 고리화효소, [[산화질소 합성효소]])의 [[간]]에서의 [[이화 작용]]과 [[골수]]에서 비효율적인 [[적혈구]] 생성에 기인한다.<ref>{{서적 인용|제목=Carbon Monoxide and Cardiovascular Functions|날짜=2001|판=2nd|출판사=CRC Press|장=Chapter 15: Sources, Sinks, and Measurement of Carbon Monoxide|isbn=978-0-8493-1041-6}}</ref> 헴 산소화효소는 [[유비퀴틴]]화를 통해 분해된다.<ref>{{저널 인용|제목=Ubiquitin–proteasome system mediates heme oxygenase-1 degradation through endoplasmic reticulum-associated degradation pathway|저널=Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research|날짜=2008|권=1783|호=10|쪽=1826–1834|doi=10.1016/j.bbamcr.2008.05.008|pmid=18544348}}</ref> 인간에게는 헴 산소화효소의 세 가지 동형(isoform)이 알려져 있다.

=== 헴 산소화효소 1 ===
헴 산소화효소 1(HO-1)은 [[비장]], [[간]], [[신장]]에서 가장 높은 농도로 몸 전체에 존재하는 스트레스 유발 동형이다.<ref name="Elbirt">{{저널 인용|제목=Heme Oxygenase: Recent Advances in Understanding Its Regulation and Role|저널=Proceedings of the Association of American Physicians|날짜=1999|권=111|호=5|쪽=438–447|doi=10.1111/paa.1999.111.5.438}}</ref> HO-1은 HMOX1 유전자에 의해 암호화되는, 288개의 아미노산 잔기를 포함하는 [[효소]]이다. 한 연구에 따르면 [[폐]] 조직의 HO-1 수준은 [[결핵]] 또는 감염이 없는 부위의 감염과 직접적으로 관련이 있으며 녹아웃 마우스는 이 효소의 필수적인 역할을 보여주기 때문에 감염이 되기 쉽다.<ref>https://medicalxpress.com/news/2018-11-enzyme-immune-cells-essential-role.html</ref> HO-1은 [[초과산화물]] 및 기타 [[활성산소|활성산소 종]]을 감소시켜 [[세포]]를 보호한다.<ref name="pmid31784171">{{저널 인용|제목=Emerging promise of sulforaphane-mediated Nrf2 signaling cascade against neurological disorders|저널=[[Science of the Total Environment]]|날짜=2020|권=707|쪽=135624|doi=10.1016/j.scitotenv.2019.135624|pmid=31784171}}</ref>

=== 헴 산소화효소 2 ===
헴 산소화효소 2(HO-2)는 [[고환]], [[내피 세포]], 뇌의 항상성 조건 하에서 발현되는 동형이다.<ref>{{저널 인용|제목=A review on hemeoxygenase-2: focus on cellular protection and oxygen response|저널=Oxidative Medicine and Cellular Longevity|날짜=2014|권=2014|호=1|쪽=604981|doi=10.1155/2014/604981|pmc=4127239|pmid=25136403}}</ref> HO-2는 HMOX2 유전자에 의해 암호화된다. HO-2는 HO-1의 아미노산 서열과 47% 정도의 유사성을 띤다.

=== 헴 산소화효소 3 ===
헴 산소화효소 3(HO-3)은 촉매적으로 비활성인 것으로 간주되며 헴 감지 또는 헴 결합에서 작동하는 것으로 생각된다. [[간]], [[전립선]], [[신장]]에서 가장 많이 존재한다.<ref name="Elbirt">{{저널 인용|제목=Heme Oxygenase: Recent Advances in Understanding Its Regulation and Role|저널=Proceedings of the Association of American Physicians|날짜=1999|권=111|호=5|쪽=438–447|doi=10.1111/paa.1999.111.5.438}}</ref>

=== 미생물의 헴 산소화효소 ===
헴 산소화효소는 계통 발생 계 전반에 걸쳐 보존된다.<ref>{{저널 인용|제목=Heme oxygenase and iron: from bacteria to humans|저널=Redox Report|날짜=2013|권=14|호=3|쪽=95–101|doi=10.1179/135100009X392584|pmid=19490750}}</ref> [[EBI]]의 InterPro 분류 데이터베이스에 따르면, 4,347종의 [[세균]], 552종의 [[곰팡이]], 6개의 [[고균]]이 HO-1 유사 효소를 발현한다. 미생물 헴 산소화효소의 상동체는 [[사카로마이세스 세레비지애]]''(Saccharomyces cerevisiae)''의 [[HMX1]]<ref>{{저널 인용|제목=Role of PUG1 in inducible porphyrin and heme transport in Saccharomyces cerevisiae|저널=Eukaryotic Cell|날짜=2008|권=7|호=5|쪽=859–871|doi=10.1128/EC.00414-07|pmc=2394968|pmid=18326586}}</ref>, ''Corynebacterium diphtheriae''의  HmuO<ref>{{저널 인용|제목=Expression and characterization of a heme oxygenase (Hmu O) from Corynebacterium diphtheriae. Iron acquisition requires oxidative cleavage of the heme macrocycle|저널=The Journal of Biological Chemistry|날짜=1998|권=273|호=2|쪽=837–841|doi=10.1074/jbc.273.2.837|pmid=9422739}}</ref>,  [[대장균]](''Escherichia coli'')의 ChuS<ref>{{저널 인용|제목=Escherichia coli heme oxygenase modulates host innate immune responses|저널=Microbiology and Immunology|연도=2015|권=59|호=8|쪽=452–465|doi=10.1111/1348-0421.12282|pmc=4582649|pmid=26146866}}</ref>가 있다. [[원핵생물]] 헴 산소화효소 시스템의 중요한 역할은 [[진핵생물]]로부터 철분의 획득을 촉진하는 것다.<ref>{{저널 인용|제목=Bacterial Heme Oxygenases|저널=Antioxidants & Redox Signaling|날짜=2004|권=6|호=5|쪽=825–834|doi=10.1089/ars.2004.6.825|pmid=15345142}}</ref> 일부 헴 산소화효소 유사 원핵생물 효소는 비활성 상태이거나 일산화 탄소를 방출하지 않는다. 대장균의 특정 균주는 일산화 탄소를 생성하지 않는 ChuW 동형을 발현하는 반면, 다른 미생물의 헴 산소화효소 유사 효소는 [[폼알데하이드]]를 생성하는 것으로 알려져있다.<ref>{{저널 인용|제목=Radical new paradigm for heme degradation in Escherichia coli O157:H7|저널=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|날짜=2016|권=113|호=43|쪽=12138–12143|doi=10.1073/pnas.1603209113|pmc=5087033|pmid=27791000}}</ref><ref>{{저널 인용|제목=Heme degradation by Staphylococcus aureus IsdG and IsdI liberates formaldehyde rather than carbon monoxide|저널=Biochemistry|날짜=2013|권=52|호=18|쪽=3025–3027|doi=10.1021/bi400382p|pmc=3672231|pmid=23600533}}</ref>

인간 미생물 군집은 인간의 내인성 일산화 탄소 생성에 기여한다.<ref>{{저널 인용|제목=Role of Carbon Monoxide in Host-Gut Microbiome Communication|저널=Chemical Reviews|날짜=December 2020|권=120|호=24|쪽=13273–13311|doi=10.1021/acs.chemrev.0c00586|pmid=33089988}}</ref>

== 반응 ==
헴 산소화효소는 알파-[[메테인]] 다리에서 헴 고리를 절단하여 [[빌리베르딘]]을 형성하거나 헴이 여전히 [[글로빈]]에 부착되어 있는 경우, [[베르도글로빈]]을 형성한다. 이후 [[빌리베르딘]]은 [[빌리버딘]] 환원 효소에 의해 [[빌리루빈]]으로 전환된다. 반응은 다음과 같은 세 단계로 구성된다.<ref name="pmid18487208">{{저널 인용|제목=Isoporphyrin intermediate in heme oxygenase catalysis. Oxidation of alpha-meso-phenylheme|저널=J. Biol. Chem.|날짜=2008|권=283|호=28|쪽=19530–19539|doi=10.1074/jbc.M709685200|pmc=2443647|pmid=18487208}} The reference does not give the exact stoichiometry of each reaction.</ref>

:: {{Chem|Heme b<sup>3+</sup> + O|2|&nbsp;+ NADPH + H|+|→  ''α-meso''-hydroxyheme<sup>3+</sup> + NADP|+|+ H|2|O}}
:: {{Chem|''α-meso''-hydroxyheme<sup>3+</sup> + H|+|+ O|2|&nbsp;→ verdoheme<sup>4+</sup> + CO + H2O}}
:: {{Chem|verdoheme<sup>4+</sup> + 7/2 NADPH + O|2|+ 3/2 H|+|&nbsp;→ biliverdin + Fe<sup>2+</sup> + 7/2 NADP|+|+ H|2|O}}

이러한 반응의 전체 반응식은 다음과 같다.

: {{Chem|Heme b<sup>3+</sup> + 3O|2|&nbsp;+ 9/2 NADPH + 7/2 H|+|&nbsp;→ biliverdin + Fe<sup>2+</sup> + CO + 9/2 NADP|+|+ 3H|2|O}}

헴이 처음에 2가 이온 상태인 경우, 반응은 다음과 같을 수 있다.

: {{Chem|Heme b<sup>2+</sup> + 3O<sub>2</sub> + 4 NADPH + 4 H<sup>+</sup> →  biliverdin + Fe<sup>2+</sup> + CO + 4 NADP<sup>+</sup> + 3H<sub>2</sub>O}}

[[파일:HO1.jpg|섬네일| 헴의 분해는 타박상의 치유 주기에서 볼 수 있는 세 가지 뚜렷한 크로모젠을 형성한다.]]
이 반응은 거의 모든 세포에서 발생한다. 이것에 대한 예는 [[멍]]의 형성으로, 점차적으로 치유됨에 따라 다른 크로모젠을 형성한다.<ref>{{저널 인용|제목=Focused Review Mechanism of heme degradation by heme oxygenase|저널=Journal of Inorganic Biochemistry|성=Yoshida|이름=Tadashi|성2=Taiko Migita|이름2=Catharina|연도=2000|권=82|호=1–4|쪽=33–41|doi=10.1016/S0162-0134(00)00156-2|pmid=11132636}}</ref>

== 유도체 ==
헴 산소화효소 1은 [[중금속]], [[스타틴]], 파클리탁셀, [[시롤리무스]], 프로부콜, [[일산화 질소]], [[실데나필]], [[일산화 탄소]], 일산화탄소 방출 분자, [[포르피린]]을 포함한 수많은 분자에 의해 유도된다.<ref name="Ferrándiz">{{저널 인용|제목=Inducers of heme oxygenase-1|저널=Current Pharmaceutical Design|날짜=2008|권=14|호=5|쪽=473–86|doi=10.2174/138161208783597399|pmid=18289074}}</ref>

헴 산소화효소의 식물 화학적 유도체는 [[커큐민]], [[레스베라트롤]], 피케아탄올, [[카페인산페네틸에스테르]], 디메틸푸마르산, [[푸마르산|푸마르산 에스테르]], [[플라보노이드]], [[칼코노이드]], [[빌로바]], [[안토시아닌]], 플로로탄닌, [[카르노솔]], [[오린]] 등을 포함한다.<ref name="Ferrándiz">{{저널 인용|제목=Inducers of heme oxygenase-1|저널=Current Pharmaceutical Design|날짜=2008|권=14|호=5|쪽=473–86|doi=10.2174/138161208783597399|pmid=18289074}}</ref><ref>{{서적 인용|제목=Pharma-Nutrition|날짜=2014|총서=AAPS Advances in the Pharmaceutical Sciences Series|권=12|출판사=Springer, Cham.|쪽=243–256|장=Eat to Heal: Natural Inducers of the Heme Oxygenase-1 System.|doi=10.1007/978-3-319-06151-1_12|isbn=978-3-319-06150-4}}</ref>

내인성 유도제는 [[리포신]] 및 에폭시에이코사트리엔산과 같은 [[지질 (생물학)|지질]], 아드레노메둘린 및 아폴리포 단백질과 같은 [[펩타이드]], 헤민이 존재한다.<ref name="Ferrándiz">{{저널 인용|제목=Inducers of heme oxygenase-1|저널=Current Pharmaceutical Design|날짜=2008|권=14|호=5|쪽=473–86|doi=10.2174/138161208783597399|pmid=18289074}}</ref>

== 같이 보기 ==
* [[헴]]

== 각주 ==
{{각주}}

{{헴 및 포르피린 대사 효소}}

[[분류:EC 1.14.99]]