동화작용
동화작용(영어: anabolism)은 더 작은 단위의 분자를 더 큰 단위의 분자로 합성하는 일련의 대사 경로이다.[1] 합성대사(合成代謝)라고도 한다. 이러한 반응에는 에너지를 필요로 하며, 이는 에너지 흡수반응이다.[2] 동화작용은 물질대사의 합성 과정이며, 이화작용은 물질대사의 분해 과정이다. 동화작용은 일반적으로 생합성과 동의어로 간주된다.
경로
[편집]핵산, 단백질, 다당류와 같은 거대 분자를 만드는 데 사용되는 동화경로는 축합 반응을 사용하여 단량체들을 서로 연결한다.[3] 거대 분자는 효소와 보조 인자를 사용하여 더 작은 분자들로부터 생성된다.
에너지원
[편집]동화작용에 필요한 에너지는 큰 분자가 더 작은 분자로 분해되는 과정에서 에너지를 방출하는 이화작용(예: 세포 호흡)에 의해 공급된다. 많은 동화작용들은 아데노신 삼인산(ATP)의 가수분해에 의해 에너지를 공급받는다.[4] 동화작용은 일반적으로 환원 과정이며 엔트로피가 감소하는 과정이기 때문에 에너지의 투입이 없으면 열역학적으로 불리한 과정이다.[5] 전구체라고 불리는 출발 물질들은 ATP를 가수분해하거나 보조 인자인 NADH, NADPH, FADH2를 산화시키거나 다른 유리한 부반응을 수행하여 얻을 수 있는 화학 에너지를 사용하여 서로 결합한다.[6] 때로는 소수성 상호작용이 분자들을 응집시키는 세포의 인지질 이중층 형성과 같은 경우에서처럼 에너지의 투입 없이 엔트로피에 의해 일어날 수도 있다.[7]
보조 인자
[편집]환원제인 NADH, NADPH, FADH2[8]와 금속 이온[3]은 동화 경로의 다양한 단계에서 보조 인자로 작용한다. NADH, NADPH, FADH2는 전자 운반체로 작용하며, 효소 내의 하전된 금속 이온은 기질의 하전된 작용기를 안정화시킨다.
기질
[편집]동화 경로에 사용되는 기질은 대부분 세포에서 높은 에너지 충전 기간 동안 이화 경로로부터 얻어지는 대사 중간생성물이다.[9]
기능
[편집]동화작용은 조직과 기관의 형성에 관여한다. 이러한 과정은 세포의 생장과 분화를 일으키고 복잡한 분자의 합성을 포함하는 과정으로 신체의 크기를 증가시킨다. 동화 과정의 예로는 뼈의 생장과 무기질화, 근육량의 증가가 있다.
동화 호르몬
[편집]내분비학자들은 전통적으로 호르몬이 자극하는 물질대사의 부분에 따라 호르몬을 동화 호르몬 또는 이화 호르몬으로 분류했다. 고전적인 동화 호르몬은 단백질 합성 및 근육 생장을 자극하는 동화 스테로이드와 인슐린이다.
광합성 탄수화물 합성
[편집]식물과 특정 세균에서 광합성 탄수화물 합성은 이산화 탄소(CO2)로부터 포도당, 셀룰로스, 녹말, 지질 및 단백질을 생성하는 동화 과정이다.[5] 광합성의 광의존적 반응에서 생성된 에너지를 사용하고 광합성의 탄소 고정 반응(캘빈 회로)에서 탄소 동화를 통해 이러한 큰 분자의 전구체를 생성한다.[9]
아미노산 생합성
[편집]모든 아미노산은 해당과정, 시트르산 회로 또는 오탄당 인산 경로의 이화 과정에서 대사 중간생성물로부터 생성된다. 해당과정의 대사 중간생성물인 포도당 6-인산은 히스티딘의 전구체이다. 3-포스포글리세르산은 글리신과 시스테인의 전구체이다. 3-포스포글리세르산의 유도체인 에리트로스 4-인산과 결합된 포스포엔올피루브산은 트립토판, 페닐알라닌, 티로신을 형성한다. 그리고 피루브산은 알라닌, 발린, 류신, 아이소류신의 전구체이다. 시트르산 회로의 대사 중간생성물인 α-케토글루타르산은 글루탐산으로 전환되고, 이어서 글루타민, 프롤린, 아르기닌으로 전환된다. 그리고 옥살로아세트산은 아스파르트산으로 전환되고, 이어서 아스파라긴, 메티오닌, 트레오닌, 리신으로 전환된다.[9]
글리코젠 저장
[편집]고혈당 상태가 지속되는 동안 해당과정의 포도당 6-인산은 글리코젠 저장 경로로 전환된다. 포도당 6-인산은 포스포글루코뮤테이스에 의해 포도당 1-인산으로 전환되고, 포도당 1-인산은 UTP-포도당 1-인산 유리딜릴기전이효소에 의해 UDP-포도당으로 전환된다. 글리코젠 생성효소는 UDP-포도당을 글리코젠 사슬에 첨가한다.[9]
포도당신생합성
[편집]글루카곤은 전통적으로 이화 호르몬이지만, 또한 간에서 포도당신생합성의 동화 과정을 자극하고, 기아 상태에서 저혈당을 방지하기 위해 콩팥 겉질과 내장을 덜 자극한다.[8] 포도당신생합성은 피루브산을 포도당으로 변환하는 과정이다. 피루브산은 포도당, 젖산, 아미노산, 또는 글리세롤의 분해로부터 얻을 수 있다.[10] 포도당신생합성은 해당과정과 가역 반응을 촉매하는 많은 효소들을 공유하지만, 해당과정의 단순한 역반응은 아니다. 포도당신생합성은 전체 경로가 한 방향으로만 진행되도록 하기 위해 해당과정의 효소는 다른 비가역적 효소를 사용한다.[10]
조절
[편집]동화작용은 촉매 작용과 별개의 효소로 조절되며, 이 효소는 경로의 특정 지점에서 비가역적인 단계를 거친다. 이것은 세포가 생산 속도를 조절하고 이화작용으로 형성되는 낭비 회로로 알려진 무한 루프를 방지할 수 있도록 한다.[9]
동화작용과 이화작용 사이의 균형은 ADP와 ATP(세포의 에너지 충전이라고도 함)에 민감하다. 과잉의 ATP는 세포가 동화작용을 촉진하고 이화작용을 늦추게 하는 반면, 과잉의 ADP는 세포가 동화작용을 늦추고 이화작용을 촉진하게 한다.[9] 이러한 경로는 또한 하루 종일 동물의 정상적인 활동 기간에 맞춰 변동하는 해당과정과 같은 과정을 일주기 리듬에 맞추어 조절한다.[11]
어원
[편집]동화작용(anabolism)이라는 용어는 "위쪽으로(upward)"라는 의미의 그리스어 "ἁνά"와 "던지다(to throw)"라는 의미의 그리스어 "βάλλειν"로부터 유래하였다.
같이 보기
[편집]각주
[편집]- ↑ de Bolster MW (1997). “Glossary of Terms Used in Bioinorganic Chemistry: Anabolism”. International Union of Pure and Applied Chemistry. 2007년 10월 30일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2007년 10월 30일에 확인함.
- ↑ Rye, Connie; Wise, Robert; Jurukovski, Vladimir; Choi, Jung; Avissar, Yael (2013). 《Biology》. Rice University, Houston Texas: OpenStax. ISBN 978-1-938168-09-3.
- ↑ 가 나 Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Julian, Lewis; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002). 《Molecular Biology of the Cell》 5판. CRC Press. ISBN 978-0-8153-3218-3. 2017년 9월 27일에 원본 문서에서 보존된 문서. 2018년 11월 1일에 확인함. Alt URL
- ↑ Nicholls DG, Ferguson SJ (2002). 《Bioenergetics》 3판. Academic Press. ISBN 978-0-12-518121-1.
- ↑ 가 나 Ahern, Kevin; Rajagopal, Indira (2013). 《Biochemistry Free and Easy》 (PDF) 2판. Oregon State University. 2018년 11월 6일에 원본 문서 (PDF)에서 보존된 문서. 2022년 9월 26일에 확인함.
- ↑ Voet, Donald; Voet, Judith G; Pratt, Charlotte W (2013). 《Fundamentals of biochemistry : life at the molecular level》 Four판. Hoboken, NJ: Wiley. ISBN 978-0-470-54784-7. OCLC 738349533.
- ↑ Hanin, Israel; Pepeu, Giancarlo (2013년 11월 11일). 《Phospholipids: biochemical, pharmaceutical, and analytical considerations》. New York. ISBN 978-1-4757-1364-0. OCLC 885405600.
- ↑ 가 나 Jakubowski, Henry (2002). 〈An Overview of Metabolic Pathways - Anabolism〉. 《Biochemistry Online》. College of St. Benedict, St. John's University: LibreTexts.
- ↑ 가 나 다 라 마 바 Nelson, David L; Lehninger, Albert L; Cox, Michael M (2013). 《Principles of Biochemistry》. New York: W.H. Freeman. ISBN 978-1-4292-3414-6.
- ↑ 가 나 Berg, Jeremy M; Tymoczko, John L; Stryer, Lubert (2002). 《Biochemistry》 5판. New York: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-3051-4. OCLC 48055706.
- ↑ Ramsey KM, Marcheva B, Kohsaka A, Bass J (2007). “The clockwork of metabolism”. 《Annual Review of Nutrition》 27: 219–40. doi:10.1146/annurev.nutr.27.061406.093546. PMID 17430084.
