보결분자단

보결분자단은 생화학 반응의 촉매 효소에 직접 결합하여 작용을 하는 비단백질 화합물이다. 단백질인 효소 중에는 보결분자단과 공유 결합과 같은 강한 결합을 유지할 때 기능성을 갖게 되는 것이 있기 때문에 보결분자단의 결합은 일부 효소의 경우 효소 활성에 필수적인 요소이다.

목차

생명체에 존재하는 다양한 효소들은 특이적으로 작용하는 기질과 결합하여 생화학 반응을 촉진하는 기능을 한다. 효소는 결합된 기질을 다른 형태로 전환하는 역할을 하는데, 기본적으로 다양한 생리적, 구조적 조건이 적절하게 갖추어졌을 때 효소의 최대 효율이 달성된다. 이러한 효소의 작용에 관여하는 필수적인 비단백질 인자들을 보조인자(cofactor)라고 한다.

효소의 보조인자는 세 가지로 나눌 수 있는데, 조효소(coenzyme), 보조인자(좁은 의미로 사용), 그리고 보결분자단(prosthetic groups)이 있다. 조효소와 보결분자단은 기본적으로 비단백질성 유기화합물이고 좁은 의미의 보조인자는 무기물이다. 조효소와 보결분자단은 효소와 결합하여 작용하는데, 조효소는 보결분자단에 비해 약하게 결합하여 작용하지만, 보결분자단은 효소와 공유결합과 같은 강한 결합을 이루어 작용하는 차이점이 있다. 한편, 세 가지 유형 분류보다 더 크게 두 가지로 구분되어 인식되기도 하는데, 유기 화합물 보조 인자는 통칭해서 조효소, 무기물 보조 인자는 좁은 의미의 보조인자로 불리기도 한다.¹⁾²⁾

보결분자단은 효소에 강하게 결합하여 촉매 작용을 하는 유기 화합물로서 기능적인 도움을 주면서 결합과 해리를 반복하는 양상의 조효소와는 달리 단단하게 단백질에 결합되어 촉매 기능을 수행한다. 이러한 강한 결합에 의해 부착된 보결분자단은 효소 작용이 필수적이며, 이러한 보결분자단이 결여된 단백질은 특징적으로 아포단백질(apoprotein)이라 불리며 기능성이 없는 단백질이다. 반면, 보결분자단이 결합된 활성화된 단백질은 특징적으로 홀로단백질(holoprotein)이라 불린다. 잘 알려진 보결분자단의 예를 표 1 에 정리하였다.

생명체의 다양한 생화학적 반응에 필요한 플라보단백질들은 플라빈모노뉴클레오티드(FMN) 또는 플라빈아데닌디뉴클레오티드(FAD)를 보결분자단으로 결합하고 있으며 산화환원효소로 전자전달계에서 작용한다.

많은 보결분자단은 비타민 혹은 비타민 유래 유기 화합물로서, 비타민 H(비타민 B₇ 또는 비타민 B₈)로 불리는 비오틴은 수많은 필수적인 대사 과정에서 카르복시화(carboxylation), 탈카르복시화(decarboxylation), 트랜스카르복시화(transcarboxylation)를 촉매하는 효소들의 보결분자단이다. 코발아민(cobalamin)으로 알려진 비타민 B₁₂에서 유래된 메틸코발아민이나 티아민으로 알려진 비타민 B₁에서 유래된 티아민피로인산 등도 메틸화, 트랜스케톨레이즈 활성 등에 관여하는 중요한 보결분자단이다.

무기질 금속 원소와 함께 이루어지는 보결분자단은 산소 결합이나 산화환원 반응에 중요한 역할을 담당하며, 헴(heme)은 철 이온, 몰리브돕테린은 몰리브덴 또는 텅스텐 함유 효소에 작용하는 보결분자단이다.

플라빈모노뉴클레오티드 (FMN) 화학구조 (출처: )

플라빈아데닌다이뉴클레오티드 (FAD) 화학구조 (출처: )

비오틴 화학구조 (출처: )

메틸코발아민 화학구조 (출처: )

헴의 산소 결합 과정 (출처:

몰리브돕테린의 화학구조 (출처: )

1. Hashim OH, Adnan NA (1994) Coenzyme, Cofactor and Prosthetic Group - Ambiguous Biochemical Jargon. Biochemical Education 22: 93-94
2. Nelson D (2008) Lehninger Principles of Biochemistry. New York: W.H. Freeman and Company. 184