시킴산 경로

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시킴산 경로

[ shikimate pathway ]

시킴산 경로는 식물을 포함하여 세균, 곰팡이, 조류 등에 존재하며, 페닐알라닌(phenylalanine), 티로신(tyrosine), 트립토판(tryptophan) 등 방향족 아미노산(aromatic amino acid) 합성에 관여한다. 시킴산 경로는 동물과 사람에서는 발견되지 않는다. 따라서 동물이나 사람은 이들 필수아미노산을 시킴산 경로를 갖는 식물 등으로부터 섭취해야 된다. 특히 식물은 이들 방향족 아미노산을 식물호르몬인 옥신(IAA; indole-3-acetic acid), 안토시아닌 색소, 방어에 작용하는 피토알렉신(phytoalexin), 알칼로이드와 리그닌 합성에 이용한다(그림 1). 광합성으로 고정된 탄소의 약 20%가 방향족 아미노산을 거쳐 리그닌을 만드는데 사용된다.1)

그림 1. 식물에서 방향족 아미노산의 합성과 이의 사용. (출처:한국식물학회)

목차

  1. 1.시킴산 합성 경로
  2. 2.참고문헌

시킴산 합성 경로

코리스민산(chorismic acid)은 페닐알라닌, 트립토판, 티로신의 3개의 방향족 아미노산의 합성에 공통적으로 사용되는 전구체이다. 코리스민산 합성은 7단계의 반응으로 일어난다.(그림2)

  • 첫 번째 반응은 탄수화물대사의 두 종류의 중간 유도체인 해당 작용의 산물인 포스포에놀피루브산(phosphoenolpyruvate; PEP)와 5탄당 인산화 회로로부터 얻어진 에리트로오스 4-인산(erythrose 4-phosphate)의 중합반응으로 시작한다. 이 반응은 3-디옥시-D-아라비노헵툴로소닉산 7-인산 합성효소[3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate(DHAP) synthase]에 의해서 촉매된다. 식물의 DHAP 합성효소는 대장균(E. coli)이나 효모의 같은 효소의 기능을 대신할 수 있다.
  • 두 번째 반응은 3-dehydroquinate 합성효소에 의해서 촉매되는 고리화 반응(cyclization)이며, 활성을 위하여 Co2+, NAD+를 필요로 하며 DHAP에 대하여 25μM의 Km값을 갖는다.
  • 세 번째와 네 번째 반응은 각각 3-dehydroquinate dehydratase와 시킴산 탈수소(shikimate dehydrogenase; shikimate: NADP+ oxidoreductase로도 불림) 효소에 의해서 조절되며, 식물에서 이들 활성은 하나의 2중기능 단백질에 의해서 이루어진다. 이 하나의 단백질은 E. coli의 3-dehydroquinate dehydratase와 시킴산 탈수소의 각 돌연변이를 정상으로 회복시킬 수 있다.
  • 다섯 번째 반응은 시킴산 인산화 효소(shikimate kinase)에 의해서 촉매되며, ATP를 사용하여 3번 탄소의 수산기를 인산화 시킨다. 이 단계는 합성의 산물인 시킴산 3-인산(shikimate 3-phosphate)와 ADP에 의해서 억제된다.
  • 여섯 번째 반응은 EPSP 합성효소[5-enolpyyruvylshikimate-3-phosphate (EPSP) synthase]에 의해서 촉매되며, 시킴산 3-인산과 PEP로부터 EPSP와 인산이 만들어진다.  이 효소는 상업적으로 중요한 제초제인 글리포세이트(glyphosate)의 작용 장소이다. 글리포세이트는 PEP의 경쟁적 억제물질로서 EPSP 합성효소-시킴산3인산 복합체에 결합하여 방향족 아미노산 합성과정을 방해한다. 그러나 글리신이 알라닌으로 치환된 돌연변이 EPSP 합성효소는 글리포세세이트와 결합할 수 없어 내성을 갖는다. 즉, 돌연변이 EPSP 합성효소는 글리포세이트와 매우 낮은 친화도를 가지면서도, 제초제의 존재 하에서 정상적인 시킴산 경로의 효소 반응에는 활발하게 작용한다.  
  • 마지막 단계는 코리스민산 합성효소(chorismate synthase)에 의해서 촉매되며 EPSP로부터 인산을 제거하여 코리스민산을 만든다, 이 반응은 환원된 플라빈 뉴클레이오티드 보조인자(FMNH2)를 필요로 한다. 최종적으로 생성된 코리스민산은 chorismate mutase, prephenate aminotransferase, arogenate dehydratase, arogenate dehydrohenase의 작용으로 방향족 아미노산의 합성에 이용된다.

그림 2. 식물 시킴산 합성 경로. SHKA ~ SHKH은 시킴산 합성 경로의 효소를 암호화하는 유전자들의 이름이다. (출처:한국식물학회)

참고문헌

1. Buchanan BB, Gruissem W, Jones RL (2000) Biochemistry & Molecular Biology of Plants. pp. 379-385