농업직, 농학과, 화학, 방통대 등 농업생물화학 핵심 요점 정리 12. 단백질 대사

제 12장. 단백질 대사

⦁질소동화(nitrogen assimilation) : 질소가 아미노산의 질소로 전환되는 현상 ⦁황동화(sulfur assimilation) : 황이 아미노산의 구성성분으로 전환되는 현상 ⦁아미노기 전달반응(transamination) : 아미노산의 아미노기가 α-케토산에 전달되어 새로운 아미노산이 생성되는 반응 ⦁탈아미노반응(deamination) : 아미노산의 아미노기가 암모니아로 제거되는 반응 ⦁탈탄산반응(decarboxylation) : 아미노산의 카르복시기가 이산화탄소로 제거되는 반응 ⦁당 생성 아미노산(glucogenic amino acid) : 아미노산이 분해되어 형성된 탄소골격의 탄소가 탄수화물 합성에 이용 될 수 있는 아미노산 ⦁케톤체 생성 아미노산(ketogenic amino acid) : 아미노산이 분해되어 형성된 탄소골격의 탄소가 케톤체를 형성하는 아미노산 ⦁요소회로(urea cycle) : 탈아미노반응에 의해 생성된 암모니아를 요소로 전환하는 회로 ⦁필수아미노산(essential amino acid) : 포유동물이 합성하지 못하는 아미노산 ⦁회수경로(salvage pathway) : 핵산이 분해되어 생성된 염기를 배설하지 않고 회수하여 이용하는 경로 ⦁시킴경로(Shikim pathway) : 방향족 아미노산 탄소골격을 합성하는 경로

ㅇ 단백질(protein)

​

- 동·식물체 세포의 (체세포)원형질(protoplasm) 주성분

- 탄수화물이나 지방에 비해 분자가 크고, 구조가 복잡

- 탄수화물 및 지방과 달리 C, H, O 외에 약 16%의 질소

- 20여 종의 아미노산이 펩타이드 결합

- 아미노산의 결합 순서와 아미노산의 특성에 따라 기능 차별화

ㅇ 아미노산(amino acid)

- 단백질의 기본 단위

- 사면체의 알파 탄소가 아미노기, 카복실기와 공유결합

- 알파 탄소에 수소원자 및 다양한 곁사슬 공유결합

- 키랄성(chiral) 분자

​

12.1. 단백질 대사골격

​

1) 식물

㉮ 광합성 결과 생산된 탄소골격에 질소동화에 의해 아미노기 및 아미

드기가 결합하고, 황동화에 의해 함유황 아미노산이 합성된다. 아미

노산은 단백질 및 핵산염기, 포르피린, 크레아틴 등 함질소 생리물질

합성에 이용된다.

㉯ 식물은 필요한 만큼의 아미노산을 합성하기 때문에 에너지원으로 사용되거나 배설되지 않는다.

2) 동물

㉮ 식이단백질이 아미노산으로 소화된 후 흡수된다. 아

미노산은 단백질 및 핵산염기, 포르피린, 크레아틴

등 함질소 생리물질 합성에 이용된다.

㉯ 과잉으로 섭취된 아미노산은 탄소골격과 암모늄이온

으로 분해된다. 탄소골격은 에너지원, 물질 합성원

료로 사용되며, 암모늄이온은 포유동물은 요소로,

조류는 요산으로 전환되어 배설된다.

단백질 대사골격 - 동물

12.2. 단백질 분해

동물의 섭취 단백질의 소화+흡수

​

1) 동물 섭취 단백질

위, 소장에서 단백질 소화효소에 의해 아미노산으로

분해되어 흡수된다.

2) 세포 단백질

㉮ 번역 오류 단백질, 손상을 받은 단백질, 기능이 소멸된 단백질은 유비퀴틴이 결합하여 분해될 단백질로 표지된 후 단백질 분해효소 복합체인 프로테아솜에 의해 분해된다. 분해되어 생산된 아미노산은 재이용된다.

㉯ 단백질의 수명은 유비퀴틴의 결합 용이성에 의해 결정되는데, 유비퀴틴이 잘 결합할 것인가 여부는 단백질의 아미노산 구성에 기인한다.

​

12.3. 아미노산 합성

12.3.1 질소동화

(1) 질산동화 NO₃⁻ → NO₂⁻ → NH₄⁺ → 아미노산

㉮ 토양 중의 질산태이온(NO3-)을 식물이 흡수하면 아질산태이온(NO2-)을 거쳐 암모늄이온(NH4+)으로 전환하여 탄소골격에 결합하

여 아미노산을 합성한다. 아질산태이온(NO2-)이 암모늄이온(NH4+)으로 환원하는 데 필요한 전자는 광반응계Ⅰ의 ferredoxin이 공

급한다. 토양 중에 질산태질소가 없으면 암모니아태질소도 흡수된다.

㉯ 토양 중의 유기물(동물체 몸체, 배설물)로부터 유래되는 암모늄이온은 질산태이온으로 전환되어 식물에 의해 흡수된다.

(2) 공중질소고정

㉮ 공기중의 질소는 식물과 공생하고 있는 질소고정세균에 의해 암모늄이온으로 전환되어 탄소골격에 결합하여 아미노산을 합성한다.

㉯ 질소가 암모늄이온으로 환원하는 데 필요한 전자는

광합성 질소고정 미생물의 경우는 광합성 과정에서

생산되는 환원형 ferredoxin과 환원형 flavodoxin

이, 호기성 질소고정 미생물의 경우는 호흡 대사 시

생성하는 NADH에 의해 환원된 ferredoxin과

flavodoxin이, 혐기성 질소고정 미생물의 경우는

pyruvic acid가 산화되는 과정에서 환원된

ferredoxin과 flavodoxin이 공급한다.

​

12.3.2 황 동화

㉮ 황은 황산이온(SO42-)의 형태로 뿌리에서 흡수되며 아

황산이온(SO32-)을 거쳐 황화물이온(SO2-)으로 환원

된 후 세린이 활성화된 O-acetyl serine에 결합하

여 시스테인을 합성한다.

㉯ 시스테인은 아스파르트산(aspartate)으로부터 생성된 O-숙시닐 호모세린(Osuccinyl homoserine)과 반응하여 시스타티오닌

(cystathionine), 호모시스테인(homocysteine)을 거쳐 메티오닌(methionine)을 생성한다.

​

12.3.3 아미노산 합성

12.3.3.1 아미노산의 탄소골격 공급원

​

① 식물

식물의 광합성세포에서 아미노산 합성에

이용하는 탄소골격은 광합성에서 생산

된 erythrose-4-phosphate, 리보오스

-5-인산, 3-phosphoglycerate, 3-포

스포글리세르산으로부터 합성된 포스포

에놀피루브산(phosphoenolpyruvate),

pyruvate, oxaloacetate, α-케토글루

타르산(α-ketoglutarate), 광호흡에서

생산된 phosphoglycolste들이다. 비광

합성세포에서 에너지생산 대사 중간 물

질이 탄소골격으로 이용된다. 식물에서

아미노산 합성에 이용되는 탄소골격은

광합성에서 생산되는 것이 대부분을 차

지한다. 광합성 미생물의 탄소골격은

식물의 탄소골격과 유사하다.

② 동물

동물세포에서 아미노산 합성을 위한 탄소

골격은 해당작용, 크렙스회로, 펜토오

스-인산회로의 생산물이다. 이는 광합성을 하지 않는 미생물에서도 대동소이하다. 해당작용의 3-포스포글리세르산

(3-phosphoglycerate), 피루브산(pyruvate), 포스포 에놀피루브산

(phosphoenolpyruvate), 펜토오스-인산회로에서 생성되는 리보오

스-5-인산, 에리트로오스-4-인산, 크렙스회로의 α-케토글루타르산

(α-ketoglutarate), 옥살로아세트산(oxaloacetate) 등이다.

​

12.3.3.2 아미노산 합성

​

㉮ 암모늄이온이 α-케토글루타르산에 아미노기로 고정되면서 글루탐산

이 합성되고, 암모늄이온이 글루탐산에 아미드기로 결합하면서 글

루타민이 합성된 후 이들이 각종 탄소골격에 아미노기, 아미드기를

형성케 하면서 각종 아미노산이 합성된다. 그러므로 글루탐산과 글

루타민이 아미노산 합성의 중심물질이다.

㉯ 트립토판을 제외한 모든 아미노산의 아미노기는 글루탐산으로부터

전달된 아미노기에 의해 형성된다. 트립토판의 아미노기는 세린으

로부터 전달된다. 아미노산의 아미노기 외의 질소는 글루타민으로부터 유래한다.

▸아미노산 합성 시 탄소골격에 아미노기를 제공하는 아미노산들은 ?

12.3.3.3 필수아미노산 (essential amino acid)

- 식물과 미생물은 필요한 아미노산을 모두 합성

- 동물은 일부 아미노산을 합성하지 못하여 외부 공급이 필요

⇒ 아르기닌, 히스티딘, 이소류신, 류신, 리신, 메티오닌, 발린, 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판

- 반추동물은 반추미생물이 아미노산 합성 & 미생물 세포단백질

㉮ 식물과 미생물은 필요한 아미노산을 모두 합성한다. 그러나 동물은 필요한 아미노산 중 일부 아미노산을 합성하지 못하기 때문에

이를 섭취하여 공급해야 한다. 합성하지 못하기 때문에 외부로부터 공급받아야 하는 아미노산을 필수아미노산(essential amino acid)이라 한다. 포유동물이 필수아미노산을 합성하지 못하는 것은 필수아미노산 탄소골격의 합성에 필요한 효소를 생산하지 못하는 것이 원인이다.

㉯ 사람을 포함하는 포유류의 경우 아르기닌, 히스티딘, 이소류신, 류신, 리신, 메티오닌, 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판, 발린 등이 필수아미노산이다.

㉰ 조류와 파충류는 과잉의 질소를 요산으로 배설하는데 요산 합성에 글리신이 대량으로 필요하다. 필요한 글리신의 양이 체내에서 합성할 수 있는 양보다 훨씬 많기 때문에 글리신은 섭취해야 하는 필수아미노산이다. 그러므로 조류는 포유동물의 필수아미노산 외에 글리신도 필수아미노산이다.

㉱ 반추동물은 반추위에 존재하는 반추미생물이 모든 아미노산을 합성하고, 반추가축이 미생물체가 사멸한 후 미생물 세포단백질을 이용하기 때문에 필수아미노산의 개념이 없다.

​

12.4. 단백질 합성

㉮ 합성된 아미노산은 염색체에 존재하는 유전정보에 근거하여 ribosome에서 결합하여 단백질로 합성되어 1차, 2차, 3차, 4차구조를 형성하여 고유한 특성과 기능을 가지게 된다.

㉯ 식물의 잎에서 합성된 탄수화물은 sucrose의 형태로만 수송되지만, 아미노산은 합성된 그대로 수송된다. 조직에 수송된 아미노산은 생물학적 기능을 가지는 단백질이나 저장단백질로 합성된다.

​

12.5. 아미노산의 분해생산물의 이용 및 처리

단백질 합성에 필요한 양보다 많은 아미노산을 섭취했거나, 체내에서 에너지원(탄수화물과 지방)이 고갈되었을 때, 새로운 아미노산이

합성되어야 하거나, 질소를 함유하는 생리 관련 물질이 합성되어야 하는 경우에 아미노산이 분해된다. 아미노산이 분해되는 양태에 따라 아미노기 전달반응, 탈아미노반응, 탈탄산 반응 등으로 분류된다.

​

1) 아미노기 전달반응

아미노산 분해 - 아미노기 전달반응

​

㉮ 아미노기 전달반응은 아미노산의 아미노기를 탄소골격에 전달하는 것이

다.

㉯ 아미노기 전달반응에서 아미노기를 전달받는 탄소골격은 α-케토산이다.

α-케토산은 카르복시기 다음 탄소에 케톤기가 존재하는 유기산이다.

㉰ 아미노기 전달반응은 새로운 아미노산이 필요한 경우에 일어난다.

㉱ 아미노산이 분해되어 생산된 탄소골격인 α-케토산은 glucose 혹은 케톤체합성 가능 여부에 따라 당 생성 아미노산, 케톤체 생성 아미노산으로 분류한다. 류신과 리신이 케톤체 생성 아미노산이다.

​

2) 탈아미노반응

​

㉮ 탈아미노반응은 아미노산에서 아미노기가 암모니아로 이탈하면서 아미노

산의 탄소골격인 α-케토산이 생성되는 반응이다. α-케토산은 에너지원으

로 이용된다.

㉯ 이탈한 아미노기는 세포에서는 암모니아의 형태로 존재하지 않고 α-케토

산에 결합하여 글루타민 혹은 알라닌으로 전환되어 간으로 가서 탈아미노반응에 의해 암모니아로 분리된 후 요소 혹은 요산으로 전환되어 배설된다. 이는 암모니아가 세포에 유독하기 때문이다.

㉰ 탈아미노반응은 아미노산이 에너지원으로 사용되어야 하는 경우에 일어난다.

3) 탈탄산반응

아미노산 분해 - 탈탄산 반응

​

탈탄산반응은 아미노산의 카르복시기가 이산화탄소로 분리되면서 아민류를

생산한다. 아민류는 질소를 함유하는 생리물질로서 주요한 생리기능을 갖는

다.

4) 암모니아 배설

㉱ 티민은 우라실(UMP)로부터 합성된다㉮ 탈아미노반응에 의해 이탈된 암모니아는 α-케토산에 결합하여 글루타민 혹은 알라닌으로 전환된 후 간으로 이동하여 요소(포유동

물) 혹은 요산(조류)으로 합성되어 오줌을 통하여 배설된다. 세포에서 생산된 암모니아는 유독하기 때문에 유리암모니아 상태로

존재해서는 안 된다. 그러므로 암모니아는 요소 혹은 요산의 형태로 전환된 후에 배설된다.

㉯ 요소를 합성하는 요소회로는 포유동물의 시토졸에 존재한다.

​

12.6. 아미노산에서 특수 성분 합성

❖ 아민류

- 세린 → 에타올아민, 콜린 → 인지질 - 시스테인 → β-머캡토에틸아민 → coenzyme A

- 티로신 → tyramin, adrenalin → 호르몬

＼ 멜라닌 → 피부색소

- 히스티딘 → histamine → 혈압상승, 알러지, 멀미. - 트립토판 → tryptamine → 혈압상승, 알러지, 멀미

아미노산은 생리적으로 중요한 기능을 가지는 여러 가지 함질소 물질을 합성하는 원료로 사용된다.

1) 핵산의 염기

㉮ 아데닌, 구아닌은 글루타민, 글리신, 아스파르트산을 원료로 하여 합성된다.

㉯ 시토신은 아스파르트산, 글루타민을 원료로 하여 합성된다.

㉰ 우라실은 아스파르트산을 원료로 하여 합성된다.

㉲ 핵산염기는 세포에서 활발하게 합성되지만, 식

품 및 사료의 핵산 중에 존재하는 염기, 세포

에 존재하는 핵산의 염기를 회수하여 이용한

다. 이를 회수경로(salvage pathway)라 하는

데 핵산 합성에는 다량의 ATP가 소모되기 때

문에 회수경로에 의해 회수된 염기를 사용하

는 것이 경제적이다.

암모니아 배설

​

<핵산>

㉮ 핵산인 RNA와 DNA는 퓨린(purine)염기 및 피리미딘(pyrimidine)염기, 인산, ribose 및

deoxyribose으로 구성된 ribonucleotide 혹은 deoxyribonucleotide의 중합체이다. 아미

노산은 퓨린염기와 피리미단염기의 함성의 원료로 사용된다. 염기들은 인산과 5탄당이 결

합된 nucleotide의 일부로 합성된다.

㉯ 퓨린염기는 펜토오스-인산회로에 생성된 d-리보오스-5인산(D-ribose-5-P)을 원료로 하여

염기가 형성되면서 뉴클레오티드 의 일부로 합성된다.

피리미딘염기는 (aspartic)산과 ㉰ 아스파르트 카르모일인 (carbamoyl)산을 원료로하여 염

기가 형성된후 PRPP가 결합하여 뉴클레오티드의 일부로 합성된다

2) 포르피린

​

포르피린(헤모글로빈, 시토크롬의 골격물질)은 글리신을 원료로 하여 합성된다.

3) 크레아틴

크레아틴(고에너지 저장물질 구성성분)은 아르기닌, 글리신, 메티오닌을 원료로 하여 합성된다.

​

<정리1>

·식물은 필요한 만큼의 아미노산을 합성하여 이용하며, 동물은 식물이

합성한 아미노산을 이용하며, 부족하게 섭취한 아미노산의 일부를 합성한다.

·식물은 질산동화작용, 질소고정 에 의해 토양 혹은 공기중의 질소를 암모늄이온으로 전환한 후 α-케토글루타르산에 결합하여 글루탐산을 합성하고, 글루탐산에 암모늄이온이 아미드기로 결합하여 글루타민을 합성 한다. 글루탐산과 글루타민에 각종 탄소골격에 질소를 공급하여 비함황 아미노산을 합성한다. 함황아미노산은 황동화 과정으로 통하여 형성된 황이온이세린 및 아스파르트산 유도체에 결합하여 함황 아미노산을 합성 한다. 아미노산 합성에 필요한 탄소골격은 광합성 및 광호흡의 중간생성물이다.

·동물은 대부분의 아미노산을 식물이 합성한 단백질을 섭취하

여 공급받으며, 부족한 아미노산을 체내에서 합성한다. 아미노산 합성에 필요한 탄소골격은 해당작용, 크렙스회로, 펜토오스 인산

회로 중간 생산물이다. 포유동물은 합성할 수 없는 탄소골격이 있으며, 이 탄소골격으로 합되어야 하는 아미노산은 합성하지 못한

다. 이를 필수아미노산이라 한다.

·동물은 과다하게 섭취한 잉여 아미노산을 분해하여 이용하거나 처리한다. 분해 반응은 탈아미노반응, 아미노기전달반응, 탈탄산반응

으로 분류할 수 있다. 분해산물은 에너지원, 다른 아미노산 합성원료, 함질소 유기물, 탄수화물, 지방 합성원료 등으로 사용된다.

탈아미노반응에서 생산된 아미노산은 조류는 요산, 포유류는 요소로 전환하여 배설한다.

·아미노산은 핵산의 염기, 포르피린, 크레아틴 등 함질소 생리물질합성의 원료로 사용된다.

​

<참고>

(핵산) 핵산은 살아 있는 세포의 유전 물질을 구성하는 물질로DNA 와 RNA 가 속한다. 핵산은 수많은 뉴클레오타이드가 연결된

중합체(폴리뉴클레오타이드)이다. (DNA 는 2 중 구조, RNA 는 단일 구조)

1. 뉴클레오타이드 : 핵산을 구성하는 기본 단위로 인산, 당, 염기로 구성된다.

2. 인산 : 중앙에 인을 가지며, 5 탄당의 5 번 탄소와 연결되어 있다. 인산기로 인해 DNA 가 산성을 띠기 때문에 핵산이라고 한다.

3. 당 : DNA 에 있는 5 탄당은 고리

구조인 디옥시리보스(C5H10O4)이고,

RNA 의 5 탄당은 리보스(C5H10O5)이다.

4. 염기 : 질소와 탄소로 구성된 고리형

물질.

DNA 를 구성하는 염기에는 아데닌(A),

구아닌(G), 티민(T), 사이토신(C)의 네

가지 종류가 있다. RNA 는 티민(T)

대신 유라실(U)을 포함한다.

​

<폴리뉴클레오타이드의 형성>

뉴클레오타이드를 구성하는 5 탄당의 3 번 탄소와

다른 뉴클레오타이드의 인산기가 공유 결합으로

연결되어 폴리뉴클레오타이드를 형성한다. 이때

뉴클레오타이드의 한쪽 끝은 인산이 위치한 5 번 탄소

방향으로 5´ 말단이고, 반대 쪽 끝은 3 번 탄소 방향으로

3´말단이 된다.

폴리뉴클레오타이드의 당과 인산 간의 결합은 핵산의 기본 골격을 형성한다. 인산은 5 탄당의 5´탄소와

DNA 이중 나선 구조 연결되고 3´탄소는 다시 다음 뉴클레오타이드의 인산과 결합한다.

DNA 는 서로 반대 방향으로 진행하는 2 개의 폴리뉴클레오타이드가 염기 간의 수소 결합

에 의해 일정한 간격을 유지하면서 나선 모양으로 꼬여 있는 구조이다.

​

<정리2>

​

- 식물은 필요한 만큼만 아미노산 합성→에너지원으로 사용되거나 배설되지 않음

유비퀴틴 (UQ): 분해되어야 할 단백질에 결합하여 선별적으로 분해될 수 있도록 하는 표지 단백질

질산 동화

①토양→NO3-→NO2-→NH4+→아미노산

②글루탐산, 글루타민, 아스파라긴

③토양에 질산태질소가 없으면 암모니아태질소도 흡수

공중 질소 고정

①질소고정 세균에 의해 암모늄이온(NH4+)으로 전환

②주로 글루타민과 아스파라긴

황동화 : SO42-→SO32-→S2-→메티오닌

아미노산 합성의 탄소골격

①식물 : 광합성에서 생산된 것 ②동물 : 해당

작용, TCA회로, 펜토오스-인산회로의 산물

아미노산의 합성의 아미노기

​

①트립토판을 제외한 모든 아미노산 : 클루탐산

②트립토판 : 세린 ③아미노산의 아미노기 외의 질

소 : 글루타민

필수 아미노산

①식물, 미생물 : 모든 아미노산 합성

②반추동물 : 반추위의 미생물→필수아미노산 개념없음

③동물 : 필수아미노산 탄소골격을 합성하는 효소가 없어 식이 섭취하여야 함

④포유류 : 아르기닌, 히스티딘, 이소류신, 류신, 리신, 메티오닌, 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판, 발린

⑤조류와 파충류 : 포유류의 것 + 글리신(요산 관련)

아미노산의 분해 : 아미노기 전달반응, 탈아미노 반응, 탈탄산 반응

- 아미노기 전달반응

①새로운 아미노기가 필요한 경우 ②아미노기를 α케토산 탄소골격에 전달하는 것 ③당 생성 아미노산과 케톤체 생성 아미노산

​

탈아미노 반응

①아미노산이 에너지원으로 이용되어야 하는 경우 ②아미노기가 암모니아로 이탈하여 α케토산 생성

탈탄산반응

①카르복시기가 이산화탄소로 분리되면서 아민류 생산 ②아민류 : 인지질, 아세틸CoA, 호르몬 등 주요생리물질

암모니아 배설

①암모니아 : 탈아미노 반응으로 생산 ②α케토산과 결합하여 글루타민 혹은 알라닌으로 전환하여 간으로 이동

③요소회로 : 시토졸, 크렙스회로와 연결되어 있음

④식물 : 필요한 만큼만 단백질 생산하므로 배설되어야 할 암모니아가 없음→배설 대사 존재하지 않음

⑤물고기 : 아가미를 통해 수중으로 ⑥조류 : 요산 ⑦포유동물 : 요소

아미노산ㅇ에서 특수 성분 합성

①핵산 : cf. 회수경로(염기회수가 경제적)

퓨린염기(아데닌, 구아닌) : 글루타민, 글리신, 아스파르트산

피리미딘염기 중 시토신 : 아스파르트산, 글루타민

우라실 : 아스파르트산

티민 : 우라실

②포르피린 : Fe(헤모글로빈, 미오글로빈(산소운반체), 시토크롬(전자운반체), Mg(엽록소(광에너지수용체))

③크레아틴 : 고에너지 저장물질 구성

[교재요약2]

⦁식물은 필요한 양만큼을 합성하기 때문에 세포에서 수명을 다하는 단백질 외에는 단백질 분해대사가 거의 존재하지 않는다. 무기질소를 원료로 하여 모든 아미노산을 합성한다.

동물은 필요 이상으로 단백질을 섭취했거나 탄수화물과 지방 등의 에너지원이 고갈되었을 때 단백질이 분해한다.

식물이 합성한 단백질을 섭취하여 아미노산을 공급받으며, 섭취한 아미노산이 부족할 경우 체내에서 합성한다.

포유동물은 합성하지 못하는 아미노산이 존재하며 이를 필수아미노산이라 한다.

⦁아미노산으로부터 생성되는 탄소골격이 당 합성원료로 사용될 수 있는 아미노산을 당 생성 아미노산이라 하고, 당 합성원료로 사용될 수 없으면서 케톤체 생성 원료로 사용되는 아미노산을 케톤체 생성 아미노산이라 한다. 아미노산 분해 결과 생성되는 탄소골격은 모두 글루코오스의 에너지 대사 중간물질인데 그 중간물질이 크렙스회로를 거치되, 이산화탄소가 생성되는 반응단계를 반드시

거치는 물질이면 이산환탄소로 탄소가 모두 제거되기 때문에 당 생성에 필요한 탄소를 공급할 수가 없다. 그러므로 이러한 아미노산은 당 생성 아미노산에서 제외되는 것이다. 그런데

이러한 아미노산은 모두 아세토아세틸 CoA나 아세틸CoA를 생성하는데 이 두 물질은 케톤체인 아세토아세트산(acetoacetic acid) 을 생성한다.

⦁암모니아가 글루탐산으로 전환된 후에 글루타민 혹은 알라님으로 전환되어 간으로 이동한다. 암모니아는 세포에 유해하기 때문에 유리상태로 존재해서는 안 된다. 그러므로 α-케토글루타르산에 결합하여 글루탐산으로 전환된다. 세포의 글루탐산이 요소회로가 존재하는 간으로 이동하기 위해서는 세포막을 통과해서 혈관으로 이행해야 하는데 글루탐산은 세포막을 통과할 수 없기 때문에 세포막 통과가 용이한 글루타민 혹은 알라닌으로 전환되어 간으로 운반된다.

⦁체단백질이 분해하여 생성되는 탄소골격이 에너지생산 대사의 중간물질이므로 에너지생산 대사의 원료로 이용될 수 있다.

⦁아미노산의 종류에 따라 합성경로가 단순한 것이 있는가 하면 여러 단계에 걸쳐 합성되는 것이 있다. 합성단계는 대부분 아미노산의 탄소골격에 필요한 단계들이다. 합성단계가 단순한 아미노산은 포유동물에서 모두 합성되는데 5~6단계 이상의 복잡한 과정을

거쳐 합성되는 아미노산의 경우는 합성에 필요한 효소가 여러 가지이며 이들 중 한 가지라도 존재하지 못하면 아미노산이 합병될수 없다. 포유동물에서, 여러 단계에 걸쳐 합성되어야 하는 아미노산은 대부분 합성에 필요한 효소가 1개 혹은 몇 개 존재하지 않기 때문에 아미노산을 합성하지 못한다. 즉 탄소골격합성에 필요한 효소가 존재하지 않는 것이 필수아미노산이 존재하는 원인이며 그러한 효소 합성을 위한 유전정보를 DNA에 가지고 있지 않은 것이 근본적인 원인이다.

⦁트립토판을 제외한 모든 아미노산의 아미노기는 글루탐산으로부터 전달된 아미노기에 의해 형성된다. 트립토판의 아미노기는 세린으로부터 전달된다.

⦁식물은 일반적으로 토양 중의 질산태이온(NO₃⁻)을 흡수한다. 그러나 토양 중에 질산태질소가 없으면 암모니아태질소(NH₄⁺)도 흡수된다.

⦁탄소골격 합성과정이 5~6단계 이상의 복잡한 과정을 거쳐 합성되는 아미노산의 경우는 합성에 필요한 효소가 여러 가지이며 이들 중 합성에 필요한 효소가 1개 혹은 몇 개 존재하지 않기 때문에 아미노산을 합성하지 못한다.

⦁암모니아는 유독하므로 생산되는 즉시 글루탐산으로 전환된 후에 글루타민 혹은 알라닌으로 전환되어 간으로 이동하여 요소회로를 통하여 요소로 합성된다.

⦁아스파르트산(aspartate)과 카바모일인산(carbamoyl phosphate)을 원료로 하여 피리미딘 염기가 형성된 후에 리보오스인산이 결합하여 뉴클레오티드(nucleotide)의 일부로서 UMP가 합성되고, TTP는 UMP를 원료로 하여 합성된다. CTP는 글루타민과 UMP로 부터 합성된 UTP를 원료로 하여 합성된다.

[인강연습문제]

1. 식물과 동물의 단백질대사 골격의 차이 제시하시오.

☞① 식물은 토양 혹은 공기 중의 질소와 토양중의 황을 원료로 하여 필요한 아미노산을 필요한 만큼 합성한다. 동물은 식물이 합성한

아미노산을 단백질 의 형태로 섭취하며, 필요에 따라 섭취한 아미노산을 원료로 하여 일부 아미 노산을 합성한다.

② 식물은 필요한 아미노산을 필요한 만큼 생산하기 때문에 아미노산의 과부족 현상이 없다. 그러나 동물은 섭취하는 아미노산이 체내

에서 필요한 종류와 량에 정확하게 일치하지 않기 때문에 섭취한 아미노산을 원료로 하여 다른 아미노산을 합성하거나 잉여아미노산을

분해하여 배설하거나 탄수화물 혹은 지방합성 원료로 사용하는 대사 체계가 있다. 탄수화물 및 지방 등 에너지원이 부족한 경우 아미노산이 분해되어 에너지원으로 이용된다.

2. 식물이 토양중의 질소를 아미노산 질소로 동화하는 과정의 순서를 제시하시오

☞ 질산태 질소(NO3-)→아질산태 질소(NO2-)→암모니아태 질소(NH4+)→아미노산 질소

3. 식물과 동물에서 아미노산 합성을 위한 탄소골격이 합성되는 과정의 차이를 제시하라. ☞ 식물 - 광합성, 광호흡 중간 생성물

☞ 동물 - 해당작용, 크렙스회로, 펜토오스 인산 회로 중간 생성물

4. 동물 몸체에서 아미노산이 분해되는 경우를 드시오.

※① 필요이상으로 섭취된 아미노산은 에너지원으로 사용되기 위해 분해되거나 탄수화물 혹은 지방으로 전환된다.

② 탄수화물과 지방이 고갈되었을 때에는 체단백질을 분해하여 아미노산을 생성 하고 아미노산을 다시 분해하여 탄소골격을 에너지원으

로 사용한다. 동물체가 에너지원으로 제일 먼저 사용하는 것은 탄수화물이고 그 다음이 지방이며, 아미노산이 가장 나중에 이용된다.

③ 동물체가 부족한 아미노산을 합성해야 하는 경우 아미노산이 분해되어 아미노기를 제공한다.

④ 동물이 아미노산 외의 함질소유기물이 필요한 경우 아미노산이 원료 로 사용된다.

5. 포유동물에서 아미노산이 분해되어 생성되는 암모니아가 요소로 배설되는 이유는 무엇인가?

☞암모니아는 유독하기 때문에 체내에서 유리상태로 존재해서는 안된다.

포유류는 몸속에 수분을 다량으로 함유하고 있기 때문에 암모니아를 요소로 전환 하기가 용이하고, 오줌에 저장했다가 편리하게 배설

할 수 있기 때문에 암모니아 를 요소로 전환한 후에 배설한다.

물고기는 혈류를 통하여 수중으로 배설하고, 조류는 요산으로 전환하여 배설한다.

6. 포유류에서 필수아미노산이 합성되지 못하는 이유는 무엇인가?

☞아미노산 합성에 필요한 탄소골격 합성능력이 없는 것이 원인이다.

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