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메티오닌 유도체
메티오닌 유도체인 S-아데노실메티오닌(SAM-e)은 주로 메틸기 공여체로 작용하는 보조 인자이다. S-아데노실메티오닌은 메티오닌의 황에 (5' 탄소를 통해) 부착된 아데노실기로 구성되어 있으므로 설포늄 양이온(즉, 3개의 치환기 및 양전하)이 된다. 황은 보통 코발라민(사람의 경우 비타민 B12)과 같은 다른 보조 인자의 도움을 받아 S-메틸기가 산소, 질소 또는 방향족 시스템으로 전달되도록 하는 무른 루이스 산(즉, 공여체/친전자체)으로 작용한다. 일부 효소들은 S-아데노실메티오닌을 사용하여 라디칼 반응을 시작한다. 이들은 라디칼 S-아데노실메티오닌 효소라고 불린다. 메틸기 전이의 결과로 S-아데노실호모시스테인이 생성된다. 세균에서 이것은 메틸화에 의해 재생되거나 아데닌과 호모시스테인을 제거하고 회수하여 다이하이드록시펜탄다이온이 자발적으로 자가유도물질-2로 전환되도록 하고, 이는 노폐물/정족수 신호로 배설된다.
메티오닌 생합성
필수 아미노산인 메티오닌은 사람과 다른 동물들에서 새로 합성되지 않으며, 따라서 이들은 메티오닌 또는 메티오닌을 함유한 단백질을 섭취해야 한다. 식물과 미생물에서 메티오닌 생합성은 트레오닌 및 리신과 함께 아스파르트산 계열(다이아미노피멜산을 거치지만, α-아미노아디프산은 거치지 않음)에 속한다. 주 골격은 아스파르트산으로부터 유래하고,  황은 시스테인, 메테인싸이올 또는 황화 수소로부터 유래할 수 있다.
먼저, 아스파르트산은 말단 카복실기의 두 단계에 걸친 환원에 의해 아스파르트산 β-세미알데하이드를 거쳐 호모세린으로 전환(호모세린에는 γ-하이드록실기가 있으므로 동족 계열)된다. 대사 중간생성물인 아스파르트산 β-세미알데하이드는 리신 생합성 경로와의 분기점이며, 리신 생합성에서는 환원되는 대신에 피루브산과 축합된다. 호모세린은 트레오닌 생합성 경로와의 분기점이며 트레오닌 생합성에서는 인산기(식물의 메티오닌 생합성에서도 사용됨)로 말단 하이드록실기를 활성화한 후 이성질체화된다.
메티오닌 생합성
메티오닌 생합성에서 호모세린은 인산기, 석시닐기 또는 하이드록실기 상의 아세틸기로 활성화된다.
식물과 일부 세균에서는 인산기를 사용한다. 이 단계는 트레오닌 생합성에서도 사용된다.
대부분의 생물에서 아세틸기는 호모세린을 활성화하는 데 사용된다. 이는 metX 또는 metA(동족체가 아님)에 의해 암호화된 효소에 의해 세균에서 촉매될 수 있다.
장내세균과 제한된 수의 다름 생물에서는 석신산을 사용한다. 반응을 촉매하는 효소는 MetA이고 아세틸-CoA 및 석시닐-CoA에 대한 특이성은 단일 잔기에 의해 결정된다. 아세틸-CoA 또는 석시닐-CoA를 선호하는 생리학적 근거는 알려져 있지 않지만 이러한 대체 경로는 일부 다른 경로(예: 리신 생합성 및 아르기닌 생합성)에 존재한다.
메티오닌 생합성
그런 다음 하이드록실 활성화기는 시스테인, 메테인싸이올 또는 황화 수소로 치환된다. 치환 반응은 기술적으로 γ-제거 반응에 이은 마이클 반응의 변형이다. 관련된 모든 효소는 Cys/Met 대사 PLP-의존성 효소 패밀리의 상동체 및 구성원이며, 이는 PLP-의존성 접힘 I형 계통군의 하위 부류이다. 이들은 탄소 음이온 중간생성물을 안정화시켜 기능하는 보조 인자인 피리독살 인산(PLP)을 활용한다.
시스테인과 반응하면 시스타티오닌이 생성되고, 시스타티오닌은 절단되어 호모시스테인이 생성된다. 관련된 효소는 시스타티오닌 γ-생성효소(세균에서 metB에 의해 암호화됨) 및 시스타티오닌 β-분해효소(metC)이다. 시스타티오닌은 두 효소에서 다르게 결합되어 β 또는 γ 반응이 일어나도록 한다.
유리 황화 수소와 반응하면 호모시스테인이 생성된다. 이는 O-아세틸호모세린 아미노카복시프로필트랜스퍼레이스(이전에는 O-아세틸호모세린 (싸이올)-분해효소로 알려짐)에 의해 촉매된다. 이것은 세균에서 metY 또는 metZ에 의해 암호화된다.
메티오닌 생합성
메테인싸이올과 반응하면 직접적으로 메티오닌을 생성한다. 메테인싸이올은 특정 화합물의 분해 경로의 부산물이기 때문에, 이러한 경로는 흔하지 않다.
시스테인을 사용하는 경로를 황전환 경로라고 하며, 황화 수소(또는 메테인싸이올)을 사용하는 경로를 직접 설퍼릴화 경로(direct-sulfurylation pathway)라고 한다.
시스테인은 유사하게 생성되는데, 활성화된 세린과 호모시스테인(황전환 경로의 역반응) 또는 황화 수소(직접 설퍼릴화 경로)로부터 만들어질 수 있다. 활성화된 세린은 일반적으로 O-아세틸-세린(대장균에서 CysK 또는 CysM을 통해)이지만 에로피룸 페르닉스(Aeropyrum pernix) 및 일부 다른 고세균에서는 O-포스포세린이 사용된다. CysK 및 CysM은 상동체이지만 PLP 접힘 III형 계통군에 속한다.
대장균에서 메티오닌 생합성의 황전환 경로에 관여하는 효소들은 다음과 같다.
메티오닌 기타 생화학적 경로
포유류는 메티오닌을 합성할 수 없지만 다양한 생화학적 경로에서 메티오닌을 사용할 수 있다.
메티오닌은 (1) 메티오닌 아데노실기전이효소에 의해 S-아데노실메티오닌(SAM-e)으로 전환된다.
S-아데노실메티오닌은 (2) 다양한 메틸기전이효소에 의한 반응에서 메틸기 공여체 역할을 하며, S-아데노실호모시스테인(SAH)으로 전환된다.
S-아데노실호모시스테인은 (3) 아데노실호모시스테이네이스에 의해 호모시스테인과 아데노신으로 가수분해된다.
메티오닌은 보조 인자로 비타민 B12를 필요로 하는 반응에서 (4) 메티오닌 생성효소에 의해 호모시스테인으로부터 재생될 수 있다.
호모시스테인은 또한 베타인-호모시스테인 S-메틸기전이효소(EC 2.1.1.5)에 의해 트라이메틸글리신을 사용하여 메티오닌으로 재메틸화될 수 있다. 베타인-호모시스테인 S-메틸기전이효소는 간의 모든 가용성 단백질의 최대 1.5%를 차지하며, 최근의 증거에 따르면 베타인-호모시스테인 S-메틸기전이효소가 메티오닌 생성효소보다 메티오닌 및 호모시스테인의 항상성에 더 큰 영향을 미칠 수 있다.
메티오닌 기타 생화학적 경로
호모시스테인은 시스테인으로 전환될 수 있다.
메티오닌은 또한 식물에서 에틸렌 합성을 위해 사용된다. 이러한 대사 과정을 양 회로(Yang cycle) 또는 메티오닌 회로라고 한다.
메티오닌 화학 합성
산업적 합성은 아크롤레인, 메테인싸이올 및 사이안화물을 결합시켜 히단토인을 생성한다. 라세미 메티오닌은 또한 클로로에틸메틸설파이드(ClCH2CH2SCH3)로 알킬화한 후 가수분해 및 탈카복실화하여 다이에틸 나트륨 프탈이미도말로네이트로부터 합성할 수 있다.
메티오닌 사람의 영양
미국 의학 연구소의 식품 영양 위원회는 2002년에 필수 아미노산에 대한 권장 식이 허용량(RDA)을 설정했다. 19세 이상의 성인의 경우 매일 체중 1 kg 당 19 mg의 시스테인과 결합된 메티오닌을 필요로 한다.
이것은 체중의 70 kg인 성인의 경우 하루에 약 1.33 g으로 환산된다.
높은 수준의 메티오닌은 달걀, 고기, 생선, 참깨, 브라질 너트, 기타 식물 씨앗, 시리얼 곡물에 함유되어 있다. 대부분의 과일과 채소에는 아주 적은 양이 들어 있다. 대부분의 콩류는 단백질 밀도가 높지만 메티오닌이 적다. 적정량의 메티오닌이 포함되지 않은 단백질은 완전 단백질로 간주되지 않는다. 이러한 이유로 라세미 메티오닌은 때때로 애완 동물 사료의 성분으로 첨가된다.
메티오닌 제한
일부 과학적 증거에 따르면 메티오닌의 섭취를 제한하면 초파리의 수명이 늘어날 수 있다.
2005년의 연구에서 에너지의 제한 없이 메티오닌을 제한하면 쥐의 수명이 연장되었다. 메티오닌이 제한되었을 때 온전한 성장 호로믄 신호전달이 없는 동물은 더 이상 수명 연장이 되지 않기 때문에 이러한 수명 연장은 온전한 성장 호르몬 신호전달을 필요로 한다. 메티오닌 제한에 대한 대사 반응을 또한 쥐의 성장 호로몬 신호전달 돌연변이체에서 변경된다.
《네이처》에 발표된 연구에 따르면 필수 아미노산의 제한을 포함한 식이 제한을 받은 노랑초파리의 식단에 필수 아미노산인 메티오닌만 첨가하면 식이 제한의 전형인 수명 연장을 감소시키지 않으면서 생식능력을 회복할 수 있으며, 연구자들은 메티오닌이 "하나 이상의 다른 필수 아미노산과 함께 작용하여 수명을 단축시킨다"라는 결론을 내렸다. 식이 제한 요법으로 쥐의 식단에 메티오닌을 복원하면 식이 제한의 많은 급성 이점들을 차단할 수 있다. 이 과정은 황화 수소 생성 증가에 의해 매개될 수 있다.
메티오닌 제한
메티오닌 제한은 쥐에서 순환하는 간 호르몬인 FGF21을 5배에서 10배까지 증가시킬 수 있다. 여러 연구에 따르면 메티오닌 제한은 또한 쥐의 노화 관련 질병을 억제하고 쥐의 결장암 발병을 억제한다. 사람의 경우 식단 조절을 통한 메티오닌 제한은 식물성 식단을 통해 이루어질 수 있다.
식이 메티오닌을 제한하면 이화 산물인 S-아데노실메티오닌(SAM-e)의 수준이 감소하여 후속적으로 히스톤의 메틸화가 감소한다. H3K9의 특정하고 보존된 메틸화에 의해 매개되는 활성 과정은 원래 메틸화 프로필의 기억을 보존하여 식이 메티오닌 수치가 회복될 때 후성유전체가 복원되도록 한다.
쥐에 대한 2009년의 연구는 "식이 요법에서 메티오닌을 보충하면 쥐의 간 미토콘드리아에서 미토콘드리아 활성산소의 생성과 미토콘드리아 DNA의 산화적 손상이 증가하여 간독성에 대한 그럴듯한 메커니즘을 제공한다"는 것을 보여주었다.
메티오닌 제한
그러나 메티오닌은 필수 아미노산이기 때문에 시간이 지남에 따라 질병이나 사망이 일어나지 않는 한 동물의 식단에서 완전히 제거될 수는 없다. 예를 들어 메티오닌과 콜린이 없는 식사를 한 쥐는 지방간염과 빈혈이 일어났으며, 5주 동안 체중의 2/3가 감소했다. 메티오닌의 투여는 메티오닌 결핍의 병리학적 결과를 개선했다. 식단에서 메티오닌만 단기적으로 제거하면 식단으로 인한 비만을 개선시킬 수 있고 쥐의 인슐린 감수성을 촉진시킬 수 있으며, 메티오닌의 제한은 또한 자발적, 다유전자 비만 및 당뇨병을 앓는 실험 모델 동물 쥐를 보호한다.
메티오닌 건강
메티오닌의 결핍은 흰머리와 관련이 있다. 메티오닌의 결핍은 모낭에 과산화 수소의 축적, 티로시네이스 효과의 감소 및 모발 색깔의 점진적인 손실로 이어진다. 메티오닌은 글루타티온의 세포 내 농도를 증가시켜 항산화 매개 세포 방어 및 산화환원 조절을 촉진한다. 또한 메티오닌은 산화 대사 산물과 결합하여 도파민으로 인한 흑색 세포 손실로부터 세포를 보호한다.
메티오닌은 시스테인, 카르니틴, 타우린, 레시틴, 포스파티딜콜린 및 기타 인지질 생합성에서의 대사 중간생성물이다. 메티오닌의 부적절한 전환은 호모시스테인의 축적으로 인한 죽상동맥경화증을 유발할 수 있다.
메티오닌 기타 용도
DL-메티오닌은 때때로 개에게 보충제로 제공된다. DL-메티오닌은 개의 신장 결석 가능성을 줄이는 데 도움을 준다. 메티오닌은 또한 소변을 산성화시켜 퀴니딘의 소변 배설을 증가시는 것으로 알려져 있다. 요로 감염을 치료하는 데 사용되는 아미노글리코사이드 항생제는 알칼리성 조건에서 가장 잘 작용하며 메티오닌의 사용으로 인한 요 산성화는 이러한 효과를 감소시킬 수 있다. 개가 소변을 산성화시키는 식사를 섭취하고 있다면 메티오닌을 사용해서는 안된다.
메티오닌은 미국 인증 유기농 프로그램에 따라 유기농 가금류 사료의 보충제로 사용된다.
메티오닌은 오렌지 작물에 대한 심각한 해충인 파필리오 크레스폰테스(Papilio cresphontes) 애벌레에 대한 무독성 살충제 옵션으로 사용할 수 있다.
아스파라긴
아스파라긴(영어: asparagine) (기호: Asn 또는 N)은 단백질의 생합성에 사용되는 α-아미노산이다. 아스파라긴은 α-아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH+3 형태), α-카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태) 및 곁사슬인 카복사마이드를 포함하고 있다. 아스파라긴은 극성(생리학적 pH에서) 비전하 아미노산으로 분류된다. 아스파라긴은 비필수 아미노산으로 인체에서 합성될 수 있다. 아스파라긴은 AAU, AAC 코돈에 의해 암호화되어 있다.
아스파라긴 역사
아스파라긴은 1806년에 프랑스의 화학자 루이니콜라 보클랭과 피에르 장 로비케(당시에 젊은 조수)에 의해 결정 형태로 처음 분리되었다. 아스파라긴은 아스파라거스 주스에 풍부하게 존재하며, 이로부터 분리되었기 때문에 붙여진 이름이다. 아스파라긴은 최초로 분리된 아미노산이다.
3년 후인 1809년에 피에르 장 로비케는 민감초 뿌리에서 아스파라긴과 매우 유사한 특성을 갖는 물질을 확인했으며, 오귀스트 아르튀르 플리송은 1828년에 이것 자체가 아스파라긴이라는 것을 확인했다.
아스파라긴 역사
아스파라긴의 구조를 결정하는 데 수십년의 연구가 소요되었다. 아스파라긴의 실험식은 1833년에 프랑스의 화학자 앙투안 프랑수아 보트롱 샤라르(Antoine François Boutron Charlard)와 테오필 질 펠루즈에 의해 처음으로 결정되었다. 같은 해에 독일의 화학자 유스투스 폰 리비히는 더 정확한 실험식을 도출해 냈다. 1846년에 이탈리아의 화학자 라파엘레 피리아는 아스파라긴을 아질산으로 처리하여 분자의 아미노기(–NH2)를 제거하여 아스파라긴을 말산으로 전환시켰다. 이것으로 4개의 탄소 원자로 이루어진 사슬 구조임을 알아냈다. 피리아는 아스파라긴이 말산의 다이아마이드라고 생각했다. 그러나 1862년에 독일의 화학자 헤르만 콜베는 이러한 추측이 틀렸음을 보여주었다. 대신 콜베는 아스파라긴이 석신산의 아민의 아마이드라고 결론지었다. 1886년에 이탈리아의 화학자 아르날도 피우티(Arnaldo Piutti, 1857–1928)는 아스파라긴의 많은 특성들을 공유하지만 그것과는 다른 천연 형태의 아스파라긴의 거울상 이성질체를 발견했다. 아스파라긴의 구조가 아직 완전히 알려지지 않았기 때문에(분자 내 아미노기의 위치는 아직 결정되지 않았다) 피우티는 아스파라긴을 합성하여 1888년에 아스파라긴의 실제 구조를 발표했다.
아스파라긴 단백질에서의 구조적 기능
아스파라긴의 곁사슬은 펩타이드 골격과 수소 결합 상호작용을 형성할 수 있기 때문에, 아스파라긴 잔기는 α 나선의 시작 부분 근처에서 종종 Asx 턴 및 Asx 모티프, 유사한 턴 모티프 또는 β 시트에서 아마이드 고리로 발견된다. 아스파라긴의 역할은 폴리펩타이드 골격에 의해 충족되는 수소 결합 상호작용을 "캡핑"하는 것으로 생각할 수 있다.
아스파라긴은 또한 탄수화물 사슬을 추가하여 단백질 사슬을 변형하는 N-결합 글리코실화의 핵심 부위를 제공한다. 일반적으로 탄수화물 사슬은 아스파라긴 잔기가 X-세린 또는 X-트레오닌에 의해 C 측면에 있는 경우에만 아스파라긴 잔기에 첨가될 수 있다. 여기서 X는 프롤린을 제외한 임의의 아미노산이다.
아스파라긴은 HIF1 저산소증 유도성 전사인자에서 하이드록실화될 수 있다. 이러한 변형은 HIF1-매개 유전자 활성화를 억제한다.
아스파라긴 공급원
아스파라긴은 비필수 아미노산으로 인체에서 대사 경로의 중간생성물로부터 합성될 수 있기 때문에 음식물을 통해 반드시 섭취해야 할 필요는 없다.
아스파라긴은 다음의 공급원에서 발견된다.
아스파라긴의 전구체는 옥살로아세트산이며, 옥살로아세트산은 아미노기전이효소에 의해 아스파르트산으로 전환된다. 아미노기전이효소는 아미노기를 글루탐산으로부터 옥살로아세트산으로 전이시켜 α-케토글루타르산 및 아스파르트산을 생성한다. 아스파라긴 합성효소는 아스파르트산, 글루타민, ATP로부터 아스파라긴, 글루탐산, AMP, 피로인산을 생성한다. 아스파라긴 합성효소는 ATP를 사용하여 아스파르트산을 활성화시켜 β-아스파르틸-AMP를 생성시킨다. 글루타민은 아미노기를 제공하여, 이는 β-아스파르틸-AMP와 반응하여 아스파라긴 및 유리 AMP를 생성한다.
아스파라긴 공급원
생합성의 역반응에서 아스파라긴은 아스파라기네이스에 의해 아스파르트산으로 가수분해된다. 아스파르트산은 α-케토글루타르산으로부터 글루탐산과 옥살로아세트산을 형성하기 위해 아미노기 전이반응을 겪는다. 옥살로아세트산은 시트르산 회로로 들어간다.
아스파라긴과 환원당 또는 기타 카보닐기 공급원의 혼합물을 가열하면 아크릴아마이드가 생성된다. 아크릴아마이드는 감자 튀김, 감자 칩, 토스트와 같은 구운 식품에서 생성된다. 아크릴아마이드는 간에서 발암 가능성이 있는 글리시드아마이드로 전환된다.
아스파라긴 기능
아스파라긴은 뇌의 발생과 기능에 필요하다. 아스파라긴의 가용성은 또한 폭스바이러스의 복제에서 단백질 합성에 중요하다.
아스파라긴에 N-아세틸글루코사민을 첨가하는 것은 소포체에서 올리고사카릴트랜스퍼레이스에 의해 수행된다. 이러한 글리코실화는 단백질 구조와 단백질 기능 모두에 중요하다.
프롤린
프롤린(영어: proline) (기호: Pro 또는 P)는 아미노기(–NH2)를 포함하고 있진 않지만 단백질생성성 아미노산(단백질의 생합성에 사용됨)으로 분류되는 유기산으로 2차 아민이다. 2차 아민의 질소는 생물학적 조건에서 양성자화된 NH2+ 형태이고, 카복실기는 탈양성자화된 −COO− 형태이다. α 탄소의 곁사슬은 질소와 연결되어 피롤리딘 고리를 형성하며, 지방족 아미노산으로 분류된다. 이는 인체에서 비필수 아미노산인 L-글루탐산으로부터 프롤린을 합성할 수 있다는 것을 의미한다. 프롤린은 CC로 시작하는 모든 코돈(CCU, CCC, CCA, CCG)으로 암호화되어 있다.
프롤린은 유일하게 2차 아민이면서 단백질생성성인 2차 아미노산으로, 질소 원자가 α 탄소와 함께 3개의 탄소 사슬에 결합하여 5원자 고리를 형성한다.
프롤린 역사 및 어원
프롤린은 1900년에 N-메틸프롤린을 연구하면서 아미노산을 얻은 리하르트 빌슈테터에 의해 처음으로 분리되었으며, 그는 말론산 다이에틸의 나트륨 염과 1,3-다이브로모프로페인의 반응으로 프롤린을 합성했다. 이듬해에 에밀 피셔는 카제인과 γ-프탈이미도-프로필말론산 에스터의 분해 산물로부터 프롤린을 분리하고 프탈이미드 프로필말론산 에스터로부터 프롤린을 합성했다는 것을 발표했다.
프롤린이라는 명칭은 그 구성 성분 중 하나인 피롤리딘에서 따온 것이다.
프롤린 생합성
프롤린은 아미노산인 L-글루탐산으로부터 생합성된다. 글루탐산-5-세미알데하이드는 글루탐산 5-키네이스 (ATP 의존성) 및 글루탐산-5-세미알데하이드 탈수소효소 (NADH 또는 NADPH가 필요)에 의해 먼저 생성된다. 글루탐산-5-세미알데하이드는 자발적으로 고리화되어 1-피롤린-5-카복실산을 형성할 수 있으며, 이는 피롤린-5-카복실산 환원효소 (NADH 또는 NADPH 사용)에 의해 프롤린으로 환원되거나 오르니틴 아미노기전이효소에 의해 오르니틴으로 전환된 다음, 오르니틴 사이클로디아미네이스에 의해 고리화되어 프롤린을 형성할 수 있다.
프롤린 생물학적 활성
L-프롤린은 글리신 수용체와 NMDA 수용체 및 비 NMDA (AMPA/카인산) 이온성 글루탐산 수용체에 약한 작용제로 작용하는 것으로 밝혀졌다. 프롤린은 잠재적인 내인성 흥분독소로 제안되었다. 식물에서 프롤린의 축적은 다양한 스트레스에 대한 일반적인 생리학적 반응이지만 분열 조직(예: 꽃가루)의 발생 프로그램의 일부이기도 하다.
프롤린 단백질 구조의 특성
프롤린 곁사슬의 독특한 고리 구조는 다른 아미노산들에 비해 프롤린에게 입체구조적 견고성을 부여한다. 이것은 또한 프롤린과 다른 아미노산 사이에 펩타이드 결합 형성의 속도에 영향을 미친다. 프롤린이 펩타이드 결합에서 아마이드로 결합될 때 프롤린의 질소는 수소와 결합하지 않는다. 즉, 프롤린은 수소 결합 공여체로 작용할 수는 없지만 수소 결합 수용체는 될 수 있다.
도입되는 Pro-tRNAPro와의 펩타이드 결합의 형성은 N-알킬아미노산의 일반적인 특성을 가지고 있는 다른 tRNA보다 상당히 느리게 형성된다. 도입되는 다른 아미노아실-tRNA와 말단이 프롤린인 사슬 사이에서도 펩타이드 결합은 느리게 형성되는데, 프롤린-프롤린 결합의 생성 속도가 가장 느리다.
프롤린의 예외적인 입체구조적 강성은 프롤린 잔기 근처의 단백질 2차 구조에 영향을 미치며, 호열성 생물의 단백질에서 프롤린이 더 높은 빈도로 존재하는지를 설명해준다. 단백질의 2차 구조는 단백질 골격의 이면각인 φ, ψ 및 ω로 설명할 수 있다. 프롤린 곁사슬의 고리 구조는 φ를 약 −65°로 고정시킨다.
프롤린 단백질 구조의 특성
프롤린은 α-나선 및 β-시트와 같은 규칙적인 2차 구조 요소들의 중간에서 구조적 파괴자 역할을 한다. 그러나 프롤린은 일반적으로 α-나선의 첫 번째 잔기와 β-시트의 가장자리 가닥에서 발견된다. 프롤린은 또한 턴(다른 종류의 2차 구조)에서 흔히 발견되며 β-턴의 형성을 돕는다. 이것은 프롤린이 지방족 곁사슬을 가지고 있음에도 불구하고 일반적으로 용매에 노출된다는 흥미로운 사실을 설명할 수 있게 한다.
여러 개의 프롤린 및 하이드록시프롤린을 연속적으로 사용하면 콜라겐의 주요 2차 구조인 폴리프롤린 나선을 생성할 수 있다. 프롤릴 하이드록실화효소에 의한 프롤린의 하이드록실화(또는 플루오린과 같은 전자를 끌어당기는 치환기의 첨가)는 콜라겐의 입체구조적 안정성을 상당히 증가시킨다. 따라서 프롤린의 하이드록실화는 고등 생물의 결합 조직을 유지하기 위한 중요한 생화학적 과정이다. 괴혈병과 같은 심각한 질병은 이 하이드록실화 과정의 결함(예: 프롤릴 하이드록실화효소 유전자의 돌연변이 또는 필수적인 보조 인자인 아스코르브산(비타민 C)의 부족)으로 인해 일어날 수 있다.
프롤린 시스-트랜스 이성질화
프롤린 및 기타 N-치환 아미노산(예: 사르코신)에 대한 펩타이드 결합은 시스 및 트랜스 이성질체를 둘 다 수용할 수 있다. 대부분의 펩타이드 결합은 트랜스 이성질체를 압도적으로 채택(변형되지 않은 조건에서 일반적으로 99.9%)한다. 그 이유는 주로 아마이드 수소(트랜스 이성질체)가 다음 Cα 원자(시스 이성질체)보다 이전 Cα 원자에 대한 입체 반발력이 덜하기 때문이다. 대조적으로 X-Pro 펩타이드 결합의 시스 및 트랜스 이성질체(여기서 X는 임의의 아미노산을 나타냄)는 모두 인접 치환과 입체 충돌을 경험하고 훨씬 더 낮은 에너지 차이를 갖는다. 따라서 변형되지 않은 조건 하의 시스 이성질체에서 X-Pro 펩타이드 결합의 분율은 일반적으로 3~10% 범위에 있는 시스 분획으로 상당히 증가한다. 그러나 이러한 값은 앞선 아미노산에 따라 달라지며, 글리신(Gly) 및 방향족 잔기는 시스 이성질체의 분획을 증가시킨다. 방향족-Pro 펩타이드 결합에 대해 최대 40%의 시스 분획이 확인되었다.
프롤린 시스-트랜스 이성질화
동역학적 관점에서 시스-트랜스 프롤린 이성질화는 특히 천연 단백질이 시스 이성질체를 필요로 하는 경우 비천연 이성질체에서 접힘에 중요한 하나 이상의 프롤린 잔기를 포획함으로써 단백질 접힘의 진행을 방해할 수 있는 매우 느린 과정이다. 이는 프롤린 잔기가 트랜시 이성질체 형태로 리보솜에서만 합성되기 때문이다. 모든 생물은 이러한 이성질화를 촉매하는 프롤릴 이성질화효소를 가지고 있으며, 일부 세균은 리보솜과 관련된 전문화된 프롤릴 이성질화효소를 가지고 있다. 그러나 모든 프롤린이 접힘에 필수적인 것은 아니며 많은 X-Pro 펩타이드 결합의 비천연 형태 이성질체가 있음에도 불구하고 단백질 접힘이 정상적인 속도로 진행될 수 있다.
프롤린 용도
프롤린 및 그 유도체는 종종 프롤린 유기촉매 반응에서 비대칭 촉매로 사용된다. 코리-이츠노 환원 및 프롤린 촉매 알돌 축합이 대표적인 예이다.
양조 시 프롤린이 풍부한 단백질은 폴리페놀과 결합하여 탁도를 형성한다.
L-프롤린은 삼투보호물질이기 때문에 제약 및 생명공학 응용 분야에서 사용된다.
식물 조직 배양에 사용되는 생장 배지에는 프롤린이 보충될 수 있다. 프롤린은 식물이 조직 배양의 스트레스를 견디는 데 도움을 주기 때문에 생장을 촉진시킬 수 있다.
프롤린 특성
프롤린은 글리신과 함께 전형적인 라마찬드란 플롯을 따르지 않는 아미노산이다. β 탄소에 연결된 고리 형성으로 인해 펩타이드 결합에 대한 ψ 및 φ 각도는 허용가능한 회전 정도가 더 적다. 결과적으로 자유 엔트로피(ΔS)가 다른 아미노산에 비해 상대적으로 크지 않으므로 접힌 형태와 접히지 않은 형태의 엔트로피의 변화가 더 작기 때문에 단백질의 "턴"에서 프롤린이 종종 발견된다. 또한 프롤린은 곁사슬의 α-N이 하나의 질소 결합만 형성할 수 있어서 α 및 β 구조의 안정성을 감소시키기 때문에 α 및 β 구조에서 거의 발견되지 않는다.
프롤린은 크로마토그래피에 사용하기 위해 닌하이드린을 분무하여 전개할 때 빨간색/보라색을 생성하지 않는 유일한 아미노산이다. 대신에 프롤린은 주황색/노란색을 생성한다.
프롤린 합성
라세미 프롤린은 말론산 다이에틸 및 아크릴로나이트릴로부터 합성될 수 있다.
프롤린 진화
다양한 유형의 데이터를 사용한 여러 독립적인 진화 연구에서 프롤린이 초기 유전 암호를 구성하는 아미노산 그룹에 속한다고 제안되었다. 예를 들어 초기 유전 암호의 원형 펩타이드와 유사할 수 있는 단백질의 낮은 복잡성 영역은 프롤린이 매우 풍부하다.
프롤린 더 읽을거리
Balbach, J.; Schmid, F. X. (2000), 〈Proline isomerization and its catalysis in protein folding〉 2판,   Pain, R. H. (편집), 《Mechanisms of Protein Folding》, Oxford University Press, 212–49쪽, ISBN 978-0-19-963788-1 .
프롤린 더 읽을거리
For a thorough scientific overview of disorders of proline and hydroxyproline metabolism, one can consult chapter 81 of OMMBID Charles Scriver, Beaudet, A.L., Valle, D., Sly, W.S., Vogelstein, B., Childs, B., Kinzler, K.W. (Accessed 2007). The Online Metabolic and Molecular Bases of Inherited Disease. New York: McGraw-Hill. - Summaries of 255 chapters, full text through many universities. There is also the OMMBID blog.
트레오닌
트레오닌(영어: threonine) (기호: Thr 또는 T)은 단백질의 생합성에 사용되는 α-아미노산이다. 트레오닌은 α-아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH+3 형태), α-카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태) 및 곁사슬인 하이드록실기를 포함하고 있다. 트레오닌은 극성 비전하 아미노산으로 분류된다. 트레오닌은 필수 아미노산으로 인체에서 합성되지 않으며 음식을 통해 섭취해야 한다. 트레오닌은 대장균과 같은 세균에서 아스파르트산으로부터 합성된다. 트레오닌은 AC로 시작하는 모든 코돈(ACU, ACC, ACA, ACG)에 의해 암호화되어 있다.
트레오닌의 곁사슬은 보통 수소 결합되어 있다. 형성되는 가장 일반적인 작은 모티프는 ST 턴, ST 모티프(보통 α 나선의 시작 부분) 및 ST 스테이플(일반적으로 α 나선의 중간 부분)이며, 이들은 세린과의 상호작용을 기반으로 한다.
트레오닌 변형
트레오닌 잔기는 수 많은 번역 후 변형에 민감하다. 곁사슬의 하이드록실기는 O-결합 글리코실화를 겪을 수 있다. 또한 트레오닌 잔기는 트레오닌 키네이스에 의해 인산화된다. 트레오닌의 인산화된 형태는 포스포트레오닌이라고 할 수 있다. 포스포트레오닌은 3개의 잠재적인 배위 자리(카복실기, 아미노기, 인산기)를 가지고 있으며, 생물에서 생성되는 인산화된 리간드와 금속 이온 사이의 배위 방식을 결정하는 것은 생물학적 과정에서 포스포트레오닌의 기능을 설명하는 데 중요하다.
트레오닌 역사
트레오닌은 20가지의 단백질생성성 아미노산들 중에서 가장 나중에 발견되었다. 트레오닌은 1936년에 커티스 마이어(Curtis Meyer)와 윌리엄 커밍 로즈가 공동으로 발견했다. 4탄당인 트레오스의 유도체로 분자식이 C4H8O5인 트레온산과 구조가 유사하기 때문에 트레오닌이라고 명명되었다.
트레오닌 입체 이성질체
트레오닌은 아이소류신과 함께 2개의 입체 중심이 있는 2가지 단백질생성성 아미노산 중 하나이다. 트레오닌은 (2S,3R), (2R,3S), (2S,3S), (2R,3R)의 입체배치를 갖는 4가지 가능한 입체 이성질체로 존재할 수 있다. 그러나 L-트레오닌이라는 이름은 하나의 단일 입체 이성질체인 (2S,3R)-2-아미노-3-하이드록시뷰탄산에 사용된다. 자연계에는 거의 존재하지 않는 두 번째 입체 이성질체 (2S,3S)를 L-알로트레오닌이라고 한다. 2가지 다른 입체 이성질체인 (2R,3S)-2-아미노-3-하이드록시뷰탄산과 (2R,3R)-2-아미노-3-하이드록시뷰탄산은 그다지 중요하지 않다.
트레오닌 생합성
트레오닌은 필수 아미노산으로 인체에서 합성되지 않으며, 식사를 통해 섭취해야 한다. 성인의 경우 매일 체중 1 kg당 20 mg의 트레오닌이 필요하다. 식물과 미생물에서 트레오닌은 α-아스파르틸-세미알데하이드 및 호모세린을 거쳐 아스파르트산으로부터 합성된다. 호모세린은 O-인산화를 겪는다. 이 인산 에스터는 하이드록실기의 재배치와 함께 가수분해를 겪는다. 트레오닌의 일반적인 생합성에 관여하는 효소는 다음과 같다.
트레오닌 물질대사
트레오닌은 적어도 세 가지 방식으로 대사된다.
트레오닌 공급원
트레오닌이 많이 함유된 식품으로는 코티지 치즈, 가금류, 생선, 고기, 렌즈콩, 검정거북콩, 및 참깨가 있다.
라세미 트레오닌은 아세트산 수은(II)을 사용하여 알파-기능화에 의해 크로톤산으로부터 제조할 수 있다. threonine can be prepared from crotonic acid by alpha-functionalization using mercury(II) acetate.
발린
발린(영어: valine) (기호: Val 또는 V)은 단백질의 생합성에 사용되는 α-아미노산이다. 발린은 α-아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH3+ 형태), α-카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태) 및 곁사슬인 아이소프로필기를 포함하고 있다. 발린은 비극성 지방족 아미노산이다. 발린은 사람에게 필수적인 아미노산으로 신체에서 합성되지 않으며 음식을 통해 섭취해야 한다. 사람은 육류, 유제품, 콩제품, 기타 콩류와 같은 단백질을 함유한 식품으로부터 발린을 얻을 수 있다. 발린은 GU로 시작하는 모든 코돈(GUU, GUC, GUA, GUG)에 의해 암호화되어 있다.
발린 역사 및 어원
발린은 1901년에 독일의 화학자 헤르만 에밀 피셔에 의해 카세인에서 처음으로 분리되었다. 발린(valine)이라는 이름은 발레르산(valeric acid)에서 유래한 것으로, 뿌리에 산이 존재하는 발레리안(valerian) 식물의 이름을 따서 명명되었다.
발린 명명법
국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)에 따르면 발린을 형성하는 탄소 원자는 카복실 탄소를 나타내는 1부터 시작하여 순차적으로 번호가 매겨지며, 4와 4'는 2개의 말단 메틸 탄소를 나타낸다.
발린 물질대사
발린은 다른 가지사슬 아미노산과 마찬가지로 식물에서는 합성되지만 동물에서는 합성되지 않는다. 따라서 발린은 동물의 필수 아미노산이며, 식단에 포함되어 있어야 한다. 성인의 경우 매일 체중 1 kg당 약 24 mg의 발린이 필요하다. 식물과 세균에서 발린은 피루브산으로부터 시작하여 여러 단계를 거쳐 합성된다. 경로의 초기 부분은 또한 류신으로 이어진다. 대사 중간생성물인 α-케토아이소발레르산은 글루탐산으로 환원성 아미노화를 겪는다. 발린의 생합성에 관여하는 효소들은 다음과 같다.
다른 가지사슬 아미노산과 마찬가지로 발린의 이화작용은 아미노기 전이에 의한 아미노기의 제거로 시작하여 α-케토산인 α-케토아이소발레르산을 생성하고, α-케토아이소발레르산은 가지사슬 α-케토산 탈수소효소 복합체에 의한 산화적 탈카복실화를 통해 아이소뷰티릴-CoA로 전환된다. 아이소뷰티릴-CoA는 추가로 산화되고 석시닐-CoA로 재배열되어 시트르산 회로로 들어갈 수 있다.
발린 합성
라세미 발린은 아이소발레르산의 브로민화에 이어 α-브로모 유도체의 아미노화에 의해 합성될 수 있다.
HO2CCH2CH(CH3)2  + Br2   →    HO2CCHBrCH(CH3)2  + HBr
HO2CCHBrCH(CH3)2  +  2 NH3   →    HO2CCH(NH2)CH(CH3)2  +  NH4Br
발린 의학적 중요성
다른 가지사슬 아미노산과 마찬가지로 발린은 체중 감소 및 인슐린 저항성 감소와 관련이 있다. 당뇨병에 걸린 쥐 및 사람의 혈액에서 더 높은 수준의 발린이 관찰된다. 하루 동안 발린이 함유된 먹이를 먹인 쥐는 인슐린 감수성이 개선되었으며, 일주일 동안 발린이 함유된 먹이를 먹인 쥐는 혈당 수치가 유의미하게 감소되었다. 식이유발 비만 및 인슐린 저항성 쥐에서 발린 및 기타 가지사슬 아미노산의 수준이 감소된 식이는 비만을 초래하고 인슐린 감수성을 감소시킨다. 발린의 대사 산물인 3-하이드록시아이소뷰티르산은 근육으로의 지방산 흡수 및 지질 감소를 자극하여 쥐의 인슐린 감수성을 촉진시킨다. 사람의 경우 단백질이 풍부한 식단은 공복 혈당 수치를 감소시킨다.
식이 발린은 쥐를 대상으로 한 실험에서 입증된 바와 같이 조혈줄기세포 자가 재생에 필수적이다. 식이 발린의 제한은 쥐의 골수에서 장기적으로 재생성되는 조혈줄기세포를 선택적으로 고갈시킨다. 쥐에서 발린이 제한된 식단으로 3주 후에 방사선 조사없이 성공적인 줄기세포 이식이 이루어졌다. 이식된 쥐의 장기 생존은 영양재개 증후군을 피하기 위해 2주에 걸쳐 발린을 점진적으로 식단에 첨가하였을 때 이루어졌다.
트립토판
트립토판(영어: tryptophan) (기호: Trp or W)은 단백질의 생합성에 사용되는 α-아미노산이다. 트립토판은 α-아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH3+ 형태), α-카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태) 및 곁사슬인 인돌을 포함하고 있다. 트립토판은 곁사슬인 인돌로 인해 비극성 방향족 베타 탄소 치환기를 갖는 극성 분자가 된다. 트립토판은 사람에게 필수적인 아미노산으로 인체에서 합성되지 않으며 음식을 통해 섭취해야 한다. 트립토판은 또한 신경전달물질인 세로토닌, 호르몬인 멜라토닌 및 비타민 B3의 전구체이다. 트립토판은 UGG 코돈에 의해 암호화되어 있다.
다른 아미노산들과 마찬가지로 트립토판은 아미노기가 양성자화되고(–NH+3; pKa = 9.39) 카복실기가 탈양성자화되는( –COO−; pKa = 2.38) 생리학적 pH에서 양쪽성 이온이다.
사람을 포함한 많은 동물들은 트립토판을 합성할 수 없다. 이러한 동물들에게 트립토판은 음식물을 통해 섭취해야 하는 필수 아미노산이다.
트립토판 기능
트립토판을 포함한 아미노산들은 단백질 생합성에서 단위체로 사용되며, 단백질은 생명 현상을 유지하는 데 필수적이다. 트립토판은 다른 아미노산들에 비해 단백질에서 발견되는 빈도가 낮은 편이지만, 단백질에서 중요한 구조적 또는 기능적 역할을 담당한다. 예를 들어, 트립토판과 티로신 잔기는 세포막 내에서 막 단백질을 고정하는 데 특별한 역할을 한다. 트립토판은 다른 방향족 아미노산과 함께 글리칸-단백질 상호작용에서도 중요한 역할을 한다. 또한 트립토판은 다음과 같은 화합물들의 생화학적 전구체로 작용한다.
키뉴레닌 – 트립토판이 주로(95% 이상) 대사되는 물질. 면역계와 뇌에서 인돌아민 2,3-이산소화효소와 간에서의 트립토판 2,3-이산소화효소라는 두 가지 효소가 트립토판으로부터 키뉴레닌의 합성을 담당한다. 트립토판 분해 대사의 키뉴레닌 경로는 조현병, 주요 우울 장애, 및 양극성 장애와 같은 정신 장애를 포함한 여러 질병에서 달라질 수 있다.
트립토판 기능
과당 흡수장애는 장에서 트립토판의 부적절한 흡수, 혈액 내 트립토판의 수치 감소 및 우울증을 유발한다.
트립토판을 합성하는 세균에서 세포 내 트립토판의 높은 수준은 트립토판 오페론에 결합하는 억제인자 단백질을 활성화시킨다. 이 억제인자가 트립토판 오페론에 결합하면 트립토판의 생합성에 관여하는 효소를 암호화하고 있는 하류 DNA의 전사를 막는다. 따라서 높은 수준의 트립토판은 음성 피드백을 통해 트립토판의 합성을 막고 세포의 트립토판 수준이 다시 낮아지면 트립토판 오페론의 전사가 재개된다. 이는 세포의 내부 및 외부 트립토판 수준의 변화에 대해 엄격하게 조절되고 신속하게 반응하도록 한다.
틀:Tryptophan metabolism by human microbiota
트립토판 권장 식이 허용량
미국 의학 연구소의 식품 영양 위원회(FNB)는 2002년에 필수 아미노산에 대한 권장 식이 허용량(RDA)을 제정했다. 19세 이상의 성인의 경우 매일 체중 1 kg 당 5 mg의 트립토판을 필요로 한다.
트립토판은 대부분의 단백질 기반 식품이나 식이 단백질에 존재한다. 트립토판은 특히 초콜릿, 귀리, 말린 대추야자, 우유, 요구르트, 코티지 치즈, 붉은색 고기, 달걀, 생선, 가금류, 참깨, 병아리콩, 아몬드, 해바라기씨, 호박씨, 대마씨, 메밀, 스피룰리나, 땅콩에 풍부하다. 조리된 칠면조에는 트립토판이 풍부하다는 일반적인 믿음과는 달리 칠면조의 트립토판 함량은 전형적인 가금류에서 볼 수 있는 함량이다.
트립토판 의료용
트립토판은 5-하이드록시트립토판(5-HTP)으로 전환된 다음 신경전달물질인 세로토닌으로 전환되기 때문에 트립토판 또는 5-하이드록시트립토판을 섭취하면 뇌에서 세로토닌의 수준을 증가시켜 우울증 증상을 개선할 수 있다고 제안되었다. 트립토판은 미국(1989년과 2005년 사이에 다양한 범위에서 금지된 후)에서 일반의약품으로, 영국에서 항우울제, 항불안제 및 수면 보조제로 사용하기 위한 식이 보충제로 일반 판매되고 있다. 또한 트립토판은 주요 우울증 치료를 위해 일부 유럽 국가에서 처방전 의약품으로 판매된다. 혈액의 트립토판 수치는 식단을 변경해도 바뀌지 않을 것이라는 증거가 있는데, 정제된 트립토판을 섭취하면 뇌의 세로토닌 수치가 증가하지만 트립토판을 함유한 식품을 섭취하면 뇌의 세로토닌 수치가 증가하지 않는다.
트립토판 의료용
2001년에 5-하이드록시트립토판(5-HTP)과 트립토판이 우울증에 미치는 영향에 대한 코크란 리뷰가 발표되었다. 저자는 엄격한 연구만 포함했으며 5-하이드록시트립토판과 트립토판에 대한 데이터가 제한적이기 때문에 리뷰에 모두 포함시켰다. 1966년에서 2000년 사이에 발표된 우울증에 대한 108건의 연구 중 2건만이 저자의 기준을 충족했으며 총 64명의 연구 참가자들이 참여했다. 포함된 두 연구에서 이 물질은 위약보다 더 효과적이었지만 저자는 "결론을 내리기에는 증거의 질이 충분하지 않다"라고 언급하고 "효과적이고 안전한 것으로 입증된 대체 항우울제가 존재하기 때문에 5-하이드록시트립토판과 트립토판의 임상적 유용성은 현재 제한적"이라고 말한다. 기분 및 불안 장애에 대한 표준 치료에 추가하여 보조 요법으로 트립토판을 사용하는 것은 과학적 증거에 의해 뒷받침되지 않는다.
미국 수면의학회의 2017년 임상 진료 지침은 효과가 좋지 않기 때문에 불면증 치료에 트립토판의 사용을 권장하지 않는다.
트립토판 부작용
트립토판 보충의 잠재적인 부작용으로는 메스꺼움, 설사, 졸음, 현기증, 두통, 구강건조증, 흐린 시력, 진정, 행복감, 안구진탕증(무의식적 안구 운동)이 있다.
트립토판 상호작용
식이 보충제(예: 정제 형태)로 복용하는 트립토판은 모노아민 산화효소 저해제(MAOI) 또는 선택적 세로토닌 재흡수 저해제(SSRI) 계열의 항우울제 또는 기타 강력한 세로토닌작동성 약물과 함께 사용하면 세로토닌 증후군을 유발할 가능성이 있다. 트립토판 보충은 임상 환경에서 철저히 연구되지 않았기 때문에 다른 약물과의 상호작용은 잘 알려져 있지 않다.
트립토판 분리
트립토판의 분리는 1901년에 프레더릭 가울랜드 홉킨스에 의해 처음으로 보고되었다. 홉킨스는 가수분해된 카제인으로부터 트립토판을 분리하였고, 카제인 600 g으로부터 트립토판 4~8 g을 분리했다.
트립토판 생합성 및 산업적 생산
사람과 다른 동물들은 단순한 물질로부터 필수 아미노산인 트립토판을 합성할 수 없기 때문에 트립토판을 함유하고 있는 단백질의 형태로 음식물을 통해 섭취해야 한다. 식물과 미생물은 일반적으로 시킴산 또는 안트라닐산으로부터 트립토판을 합성한다. 안트라닐산은 포스포리보실 피로인산(PRPP)과 축합하여 부산물로 피로인산을 생성한다. 리보스 부분의 고리가 열리고 환원적 탈카복실화되어 인돌-3-글리세롤 인산이 생성된다. 이것은 차례로 인돌로 전환된다. 마지막 단계에서 트립토판 생성효소에 의해 인돌과 아미노산인 세린으로부터 트립토판이 생성된다.
트립토판의 산업적 생산도 생합성이며, 바실루스 아밀로리퀘파시엔스(Bacillus amyloliquefaciens), 고초균(Bacillus subtilis), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) 또는 대장균(Escherichia coli)과 같은 야생형 또는 유전자 변형 세균을 사용한 세린 및 인돌의 발효를 기반으로 한다. 이들 균주는 방향족 아미노산 또는 다중/과발현된 트립토판 오페론의 재흡수를 방지하는 돌연변이를 가지고 있다. 이러한 전환은 트립토판 생성효소에 의해 촉매된다.
트립토판 사회와 문화
1989년에 미국에서 호산구 증가 근육통 증후군(EMS)이 크게 발생하여 미국 질병통제예방센터(CDC)에 1,500건 이상의 사례가 보고되었고 최소 37명이 사망했다. 예비 조사에서 발병이 트립토판의 섭취와 관련이 있음이 밝혀진 후, 미국 식품의약국(FDA)은 1989년에 트립토판 보충제를 리콜 조치하였고 1990년에 대부분의 공개 판매를 금지했으며 다른 국가들도 이에 따랐다.
후속 연구에서 호산구 증가 근육통 증후군이 일본의 대형 제조업체인 쇼와덴코가 공급한 특정 L-트립토판과 관련이 있음이 밝혀졌다. 결국 쇼와덴코의 L-트립토판의 최근 공급분이 미량의 불순물에 의해 오염되었으며, 이는 이후 1989년의 호산구 증가 근육통 증후군 발병의 원인이 된 것으로 추정되었다. 그러나 다른 증거는 트립토판 자체가 호산구 증가 근육통 증후군의 잠재적인 주요 기여 요인이 될 수 있음을 시사한다. 또한 전구체가 독성 이량체를 형성하기에 충분한 농도에 도달했다는 주장도 있다.
트립토판 사회와 문화
미국 식품의약국(FDA)은 2001년 2월에 트립토판의 판매 및 마케팅에 대한 제한을 완화했지만 2005년까지 면제 용도가 아닌 트립토판의 수입을 계속해서 제한했다.
쇼와덴코의 생산 시설이 유전자 조작 세균을 사용하여 오염된 L-트립토판을 생산하여 나중에 호산구 증가 근육통 증후군의 발병을 일으킨 것으로 밝혀졌다는 사실은 "생명공학 유래 제품의 화학적 순도에 대한 면밀한 모니터링"이 필요하다는 증거로 인용되었다. 순도에 대한 모니터링을 요구하는 사람들은 차례로 비GMO 요인에 의한 오염을 간과하고 생명공학의 발전을 위협하는 반GMO 활동가들이라는 비판을 받았다.
트립토판 사회와 문화
미국에서는 칠면조고기를 많이 섭취하면 칠면조에 함유된 높은 수준의 트립토판으로 인해 졸음이 유발된다고 주장한다. 그러나 칠면조에 함유된 트립토판의 양은 다른 육류에 함유된 트립토판의 양과 비슷하다. 식곤증은 칠면조와 함께 먹은 다른 음식, 특히 탄수화물로 인해 유발될 수 있다. 탄수화물이 풍부한 식사를 하면 인슐린이 분비된다. 인슐린은 차례로 큰 중성 가지사슬 아미노산의 흡수를 자극하지만 트립토판은 근육으로 흡수되지 않아 혈액에서 가지사슬 아미노산에 대한 트립토판의 비율을 증가시킨다. 결과적으로 증가된 트립토판의 비율은 큰 중성 아미노산 수송체(가지사슬 아미노산과 방향족 아미노산을 모두 수송함)에서의 경쟁을 감소시켜, 혈액뇌장벽을 가로질러 뇌척수액으로 트립토판이 더 많이 흡수되도록 한다. 트립토판은 일단 뇌척수액으로 들어가면 정상적인 효소 경로에 의해 봉선핵에서 세로토닌으로 전환된다. 세로토닌은 송과샘에 의해 멜라토닌으로 대사된다. 따라서 이러한 데이터는 식곤증이 탄수화물이 풍부한 음식물을 과식한 결과일 수 있음을 시사하며, 이는 뇌에서 멜라토닌의 생성을 간접적으로 증가시켜 수면을 촉진한다.
트립토판 연구
1912년에 펠릭스 에를리히는 효모가 본질적으로 이산화 탄소를 분리하고 아미노기를 하이드록실기로 대체함으로썬 천연 아미노산을 대사한다는 것을 보여주었다. 이 반응에 의해 트립토판은 트립토폴로 전환된다.
트립토판은 정제된 형태로 경구 투여될 때 뇌의 세로토닌 합성에 영향을 미치며 연구를 위해 세로토닌의 수치를 조절하는 데 사용된다. 뇌에서의 낮은 수준의 세로토닌은 급성 트립토판 고갈이라고 불리는 기술에서 트립토판이 부족한 단백질의 투여에 의해 유도된다. 이 방법을 사용한 연구는 세로토닌이 기분과 사회적 행동에 미치는 영향을 평가했으며 세로토닌이 공격성을 감소시키고 친화력을 증가시킨다는 것을 발견했다.
트립토판은 트립토판 잔기 주변의 미세 환경의 특성을 추정하는 데 사용할 수 있는 고유한 고유 형광 탐침(아미노산)이다. 접힌 단백질의 고유 형광 방출의 대부분은 트립토판 잔기의 여기로 인한 것이다.
티로신 (아미노산)
티로신(영어: tyrosine, 기호: Tyr or Y)은 단백질의 생합성에 사용되는 α-아미노산이다. 4-하이드록시페닐알라닌(영어: 4-hydroxyphenylalanine)이라고도 한다. 티로신은 α-아미노기(생물학적 조건에서 양성자화된 −NH3+ 형태), α-카복실기(생물학적 조건에서 탈양성자화된 −COO− 형태) 및 곁사슬인 하이드록시벤질기를 포함하고 있다. 티로신은 극성의 곁사슬을 가지고 있는 비필수 아미노산이다. "티로신"이라는 용어는 1846년에 독일의 화학자 유스투스 폰 리비히가 치즈의 단백질인 카제인에서 처음으로 발견하였고 "치즈"를 의미하는 그리스어 "tyrós"에서 유래하였다. 티로신이 작용기나 곁사슬로 지칭될 때는 티로실(영어: tyrosyl)이라고 불린다. 티로신은 일반적으로 소수성 아미노산으로 분류되지만, 페닐알라닌보다 더 친수성이다. 티로신은 UAC, UAU 코돈에 의해 암호화되어 있다.
티로신 (아미노산) 기능
단백질생성성 아미노산인 것 외에도 티로신은 페놀의 특성으로 인해 특별한 역할을 한다. 이것은 신호전달 과정의 일부인 단백질에서 일어나며 단백질 키네이스를 통해 전달되는 인산기의 수용체 역할을 한다. 하이드록실기의 인산화는 표적 단백질의 활성을 변화시키거나 SH2 도메인 결합을 통한 신호전달 캐스케이드의 일부를 형성할 수 있다.
티로신 잔기는 또한 광합성에서 중요한 역할을 한다. 엽록체의 광계 II에서 티로신은 산화된 엽록소의 환원에서 전자 공여체로 작용한다. 이 과정에서 티로신은 페놀성 하이드록실기의 수소 원자를 잃게 된다. 이 라디칼은 광계 II에서 4개의 핵심 망가니즈 클러스터에 의해 연속적으로 환원된다.
티로신 (아미노산) 식이 요구 사항 및 공급원
페닐알라닌과 티로신의 영양소 섭취기준(권장 식이 허용량, RDA)은 체중 1 kg당 42 mg이다. 체중이 70 kg인 사람의 경우 권장량은 2.94 g(페닐알라닌+티로신)이다.
페닐알라닌으로부터 체내에서도 합성될 수 있는 티로신은 닭고기, 칠면조, 생선, 우유, 요구르트, 코티지 치즈, 치즈, 땅콩, 아몬드, 호박씨, 참깨, 콩 제품, 리마콩과 같은 많은 고단백 식품 뿐만 아니라 아보카도와 바나나에서도 발견된다. 예를 들어, 달걀 흰자위에는 달걀 1개당 약 250 mg이 들어 있는 반면, 기름기가 없는 쇠고기, 양고기, 돼지고기, 연어, 닭고기, 칠면조에는 85 g당 약 1 g이 들어 있다.
티로신 (아미노산) 생합성
식물 및 대부분의 미생물에서 티로신은 시킴산 경로의 대사 중간생성물인 프레펜산으로부터 생성된다. 프레펜산은 하이드록실기를 유지하면서 산화적 탈카복실화되어 p-하이드록시페닐피루브산을 생성하고, p-하이드록시페닐피루브산은 글루탐산을 질소 공급원으로 사용하여 아미노기 전이 반응을 통해 티로신 및 α-케토글루타르산을 생성한다.
포유류는 음식물로부터 섭취한 필수 아미노산인 페닐알라닌으로부터 티로신을 합성한다. 페닐알라닌에서 티로신으로의 전환은 일산소화효소인 페닐알라닌 하이드록실화효소에 의해 촉매된다. 이 효소는 페닐알라닌의 방향족 고리에 하이드록실기를 첨가하여 티로신으로 전환하는 반응을 촉매한다.
티로신 (아미노산) 물질대사
일부 티로신 잔기는 단백질 키네이스에 의해 하이드록실기에서 인산화될 수 있다. 인산화된 형태의 티로신은 포스포티로신(영어: phosphotyrosine)이라고 한다. 티로신 인산화는 신호전달 및 효소 활성의 조절에서 핵심적인 단계 중 하나로 간주된다. 포스포티로신은 특정 항체를 통해 검출될 수 있다. 티로신 잔기는 또한 티로신 황산화로 알려진 과정인 황산기의 첨가에 의해 변형될 수 있다. 티로신 황산화는 티로실단백질 황전이효소에 의해 촉매된다. 위에서 언급한 포스포티로신 항체와 마찬가지로 최근에는 설포티로신을 특이적으로 검출하는 항체가 개발되었다.
뇌의 도파민작동성 세포에서 티로신은 티로신 하이드록실화효소에 의해 L-도파로 전환된다. 티로신 하이드록실화효소는 신경전달물질인 도파민의 합성에 관여하는 속도 제한 효소이다. 그런 다음 도파민은 노르에피네프린(노르아드레날린) 및 에피네프린(아드레날린)과 같은 다른 카테콜아민으로 전환될 수 있다.
갑상샘의 교질에서의 갑상샘 호르몬인 트라이아이오도티로닌(T3)과 티록신(T4)도 티로신으로부터 유래한다.