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대체 산화효소

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대체 산화효소
식별자
상징AOX
PfamPF01786
InterProIPR002680
OPM superfamily357
OPM protein3w54
완전한 전자전달계의 일부로 표시된 대체 산화효소. UQ는 유비퀴놀/유비퀴논, C는 사이토크롬 c, AOX는 대체 산화효소이다.

대체 산화효소(代替酸化酵素, 영어: alternative oxidase, AOX)는 다양한 생물의 미토콘드리아에서 전자전달계의 일부를 형성하는 효소이다.[1][2] 미토콘드리아 산화효소 및 관련 색소체 말단 산화효소와 상동성인 단백질도 세균의 게놈에서 확인되었다.[3][4]

대체 산화효소는 전자가 전자전달계를 통해 산소를 환원시키는 대체 경로를 제공한다. 그러나 이러한 대체 경로에서 여러 양성자 펌핑 단계가 우회됨에 따라 대체 산화효소의 활성화는 ATP의 생성을 감소시킨다. 대체 산화효소는 사이안화물 독소에 의한 저해에 내성이 있기 때문에 사이토크롬 c 산화효소와는 다른 산화효소 경로로 처음으로 확인되었다.[5]

기능

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살진균제인 아족시스트로빈의 구조

대체 산화효소로 이어지는 이 대사 경로는 유비퀴논 풀에서 사이토크롬 연결 전자전달계로부터 분기된다.[6] 대체 경로에 의한 호흡은 복합체 I(NADH:유비퀴논 산화환원효소)에서만 양성자를 펌핑하기 때문에 전체 경로보다 ATP의 수율이 낮다. 대체 산화효소의 유전자 AOX의 발현은 감기, 활성 산소 및 병원체에 의한 감염과 같은 스트레스 뿐만 아니라 세포 호흡에서 사이토크롬 경로를 통한 전자의 흐름을 감소시키는 기타 요인들의 영향을 받는다.[7][8] 이러한 대체 산화효소의 활성이 제공하는 이점은 아직 불확실하지만 상류의 전자전달 구성 요소들의 산화 상태를 유지함으로써 이러한 스트레스에 저항하는 생물체의 능력을 향상시켜 과잉 환원된 전자 운반체에 의해 유도되는 산화 스트레스의 수준을 감소시킬 수 있다.[9]

비정상적으로 아프리카 수면병의 원인인 원생동물 기생충인 트라파노소마 브루세이(Trypanosoma brucei)의 혈류 형태는 세포 호흡에서 전자전달계를 통한 대체 산화효소 경로에 전적으로 의존한다.[10][11] 기생충과 숙주인 사람 사이의 이러한 대사적 차이는 트리파토소마 브루세이의 대체 산화효소를 약물 설계의 매력적인 표적으로 만들었다.[12][13] 대체 산화효소의 알려진 저해제 중 항생제 아스코푸라논은 트리파노소마 브루세이의 효소를 저해하고 쥐의 감염을 치료한다.[14][15]

균류에서 전자전달계의 일부를 저해하는 대체 산화효소의 능력은 살진균제 내성에 기여할 수 있다. 이것은 아족시스트로빈, 피콕시스트로빈 및 플루옥사스트로빈과 같은 복합체 III를 표적으로 하는 스트로빌루린 살진균제에서 볼 수 있다.[16] 그러나 대체 경로가 더 적은 ATP를 생성하더라도 이러한 살진균제는 에너지 집약적 과정인 포자 발아를 방지하는 데 여전히 효과적이다.[17]

구조 및 메커니즘

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대체 산화효소는 미토콘드리아 내막의 기질 쪽에 단단히 결합된 내재성 단일체 단백질이다.[18] 이 효소는 제안된 철 리간드, 4개의 글루탐산 및 2개의 히스티딘 잔기로 구성된 보존된 서열 모티프에 기초하여 결합된 이중철 중심을 함유하고 있을 것으로 예측되었다.[19] 애기장대(Arabidopsis thaliana)의 대체 산화효소 AOX1a의 전자 스핀 공명 연구는 효소가 수산화 가교된 혼합 원자가(valent) Fe(II)/Fe(III) 이핵철 중심을 포함하는 것으로 나타났다.[20] 이 이중 철 중심과 적어도 하나의 일시적인 단백질 유래 자유 라디칼을 포함하는 촉매 순환이 제안되었으며, 이는 아마도 티로신 잔기에서 형성되었을 것이다.[21]

같이 보기

[편집]

각주

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  1. ↑ McDonald A, Vanlerberghe G (2004). “Branched mitochondrial electron transport in the Animalia: presence of alternative oxidase in several animal phyla”. 《IUBMB Life》 56 (6): 333–41. doi:10.1080/1521-6540400000876. PMID 15370881. 
  2. ↑ Sluse FE, Jarmuszkiewicz W (1998). “Alternative oxidase in the branched mitochondrial respiratory network: an overview on structure, function, regulation, and role”. 《Braz. J. Med. Biol. Res.》 31 (6): 733–47. doi:10.1590/S0100-879X1998000600003. PMID 9698817. 
  3. ↑ McDonald AE, Amirsadeghi S, Vanlerberghe GC (2003). “Prokaryotic orthologues of mitochondrial alternative oxidase and plastid terminal oxidase”. 《Plant Mol. Biol.》 53 (6): 865–76. doi:10.1023/B:PLAN.0000023669.79465.d2. PMID 15082931. S2CID 41525108. 
  4. ↑ Atteia A, van Lis R, van Hellemond JJ, Tielens AG, Martin W, Henze K (2004). “Identification of prokaryotic homologues indicates an endosymbiotic origin for the alternative oxidases of mitochondria (AOX) and chloroplasts (PTOX)”. 《Gene》 330: 143–8. doi:10.1016/j.gene.2004.01.015. PMID 15087133. 
  5. ↑ Moore AL, Siedow JN (1991). “The regulation and nature of the cyanide-resistant alternative oxidase of plant mitochondria”. 《Biochim. Biophys. Acta》 1059 (2): 121–40. doi:10.1016/S0005-2728(05)80197-5. PMID 1883834. 
  6. ↑ Juszczuk IM, Rychter AM (2003). “Alternative oxidase in higher plants” (PDF). 《Acta Biochim. Pol.》 50 (4): 1257–71. doi:10.18388/abp.2003_3649. PMID 14740012. 
  7. ↑ Vanlerberghe GC, McIntosh L (1997). “Alternative oxidase: From Gene to Function”. 《Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology》 48: 703–734. doi:10.1146/annurev.arplant.48.1.703. PMID 15012279. 
  8. ↑ Ito Y, Saisho D, Nakazono M, Tsutsumi N, Hirai A (1997). “Transcript levels of tandem-arranged alternative oxidase genes in rice are increased by low temperature”. 《Gene》 203 (2): 121–9. doi:10.1016/S0378-1119(97)00502-7. PMID 9426242. 
  9. ↑ Maxwell DP, Wang Y, McIntosh L (1999). “The alternative oxidase lowers mitochondrial reactive oxygen production in plant cells”. 《Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.》 96 (14): 8271–6. Bibcode:1999PNAS...96.8271M. doi:10.1073/pnas.96.14.8271. PMC 22224. PMID 10393984. 
  10. ↑ Chaudhuri M, Ott RD, Hill GC (2006). “Trypanosome alternative oxidase: from molecule to function”. 《Trends Parasitol.》 22 (10): 484–91. doi:10.1016/j.pt.2006.08.007. PMID 16920028. 
  11. ↑ Clarkson AB, Bienen EJ, Pollakis G, Grady RW (1989). “Respiration of bloodstream forms of the parasite Trypanosoma brucei brucei is dependent on a plant-like alternative oxidase” (PDF). 《J. Biol. Chem.》 264 (30): 17770–6. doi:10.1016/S0021-9258(19)84639-2. PMID 2808350. 2007년 9월 29일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2023년 5월 5일에 확인함. 
  12. ↑ Nihei C, Fukai Y, Kita K (2002). “Trypanosome alternative oxidase as a target of chemotherapy”. 《Biochim. Biophys. Acta》 1587 (2–3): 234–9. doi:10.1016/s0925-4439(02)00086-8. PMID 12084465. 
  13. ↑ Grady RW, Bienen EJ, Dieck HA, Saric M, Clarkson AB (1993). “N-n-alkyl-3,4-dihydroxybenzamides as inhibitors of the trypanosome alternative oxidase: activity in vitro and in vivo”. 《Antimicrob. Agents Chemother.》 37 (5): 1082–5. doi:10.1128/aac.37.5.1082. PMC 187903. PMID 8517695. 
  14. ↑ Minagawa N, Yabu Y, Kita K, Nagai K, Ohta N, Meguro K, Sakajo S, Yoshimoto A (1997). “An antibiotic, ascofuranone, specifically inhibits respiration and in vitro growth of long slender bloodstream forms of Trypanosoma brucei brucei”. 《Mol. Biochem. Parasitol.》 84 (2): 271–80. doi:10.1016/S0166-6851(96)02797-1. PMID 9084049. 
  15. ↑ Yabu Y, Yoshida A, Suzuki T, Nihei C, Kawai K, Minagawa N, Hosokawa T, Nagai K, Kita K, Ohta N (2003). “The efficacy of ascofuranone in a consecutive treatment on Trypanosoma brucei brucei in mice”. 《Parasitol. Int.》 52 (2): 155–64. doi:10.1016/S1383-5769(03)00012-6. PMID 12798927. 
  16. ↑ Miguez M, Reeve C, Wood PM, Hollomon DW (2004). “Alternative oxidase reduces the sensitivity of Mycosphaerella graminicola to QOI fungicides”. 《Pest Manag. Sci.》 60 (1): 3–7. doi:10.1002/ps.837. PMID 14727735. 
  17. ↑ Avila-Adame C, Köller W (2003). “Impact of alternative respiration and target-site mutations on responses of germinating conidia of Magnaporthe grisea to Qo-inhibiting fungicides”. 《Pest Manag. Sci.》 59 (3): 303–9. doi:10.1002/ps.638. PMID 12639047. 
  18. ↑ Berthold DA, Stenmark P (2003). “Membrane-bound diiron carboxylate proteins”. 《Annual Review of Plant Biology》 54: 497–517. doi:10.1146/annurev.arplant.54.031902.134915. PMID 14503001. 
  19. ↑ Berthold DA, Andersson ME, Nordlund P (2000). “New insight into the structure and function of the alternative oxidase”. 《Biochim. Biophys. Acta》 1460 (2–3): 241–54. doi:10.1016/S0005-2728(00)00149-3. PMID 11106766. 
  20. ↑ Berthold DA, Voevodskaya N, Stenmark P, Gräslund A, Nordlund P (2002). “EPR studies of the mitochondrial alternative oxidase. Evidence for a diiron carboxylate center”. 《J. Biol. Chem.》 277 (46): 43608–14. doi:10.1074/jbc.M206724200. PMID 12215444. 
  21. ↑ Affourtit C, Albury MS, Crichton PG, Moore AL (2002). “Exploring the molecular nature of alternative oxidase regulation and catalysis”. 《FEBS Lett.》 510 (3): 121–6. doi:10.1016/S0014-5793(01)03261-6. PMID 11801238. S2CID 12175724. 

외부 링크

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