플라보단백질

플라보단백질
FMN 결합 단백질 athal3
식별자
상징	Flavoprotein
Pfam	PF02441
InterPro	IPR003382
SCOP	1e20
SUPERFAMILY	1e20
가능한 단백질 구조: Pfam 구조 PDB RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBsum 구조 요약

플라보단백질(영어: flavoprotein)은 리보플라빈의 핵산 유도체인 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD) 또는 플라빈 모노뉴클레오타이드(FMN)를 포함하고 있는 단백질이다.

플라보단백질은 산화적 스트레스, 광합성 및 DNA 복구에 기여하는 라디칼 제거 등 광범위한 생물학적 과정에 관여한다. 플라보단백질은 가장 많이 연구된 효소 계열 중 하나이다.

플라보단백질은 보결분자단 또는 보조 인자로 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD)나 플라빈 모노뉴클레오타이드(FMN)를 가지고 있다. 플라빈은 일반적으로 단백질에 단단히 결합(아드레노독신 환원효소에서와 같이 FAD가 깊이 묻혀 있음)되어 있다.^[1] 약 5~10%의 플라보단백질은 공유 결합으로 연결된 FAD를 가지고 있다.^[2] 사용 가능한 구조 데이터를 기반으로 FAD 결합 부위는 200가지 이상의 서로 다른 유형으로 나눌 수 있다.^[3]

90종류의 플라보단백질이 사람의 유전체에 암호화되어 있다. 이 중 약 84%는 FAD를 필요로 하고, 약 16%는 FMN을 필요로 하는 반면 5가지는 FAD와 FMN 둘 다를 필요로 한다.^[4] 플라보단백질은 주로 미토콘드리아에 위치한다.^[4] 모든 플라보단백질 중 90%는 산화환원반응을 수행하고, 나머지 10%는 전이효소, 분해효소, 이성질화효소, 연결효소이다.^[5]

발견

플라보단백질은 1879년 우유에서 밝은 노란색 색소로 분리되었을 때 처음으로 언급되었다. 처음에는 "락토크롬(lactochrome)"이라고 불렸다. 1930년대 초에 이와 같은 색소는 다양한 출처로부터 분리되었으며, 비타민 B 복합체의 구성 요소로 인식되었다. 그 구조는 1935년에 보고되었으며, 리비딜 곁사슬과 공액 고리 시스템의 노란색에서 유래된 리보플라빈이라는 이름이 주어졌다.^[6]

효소의 보조 인자로 플라빈이 필요하다는 첫 번째 증거는 1935년에 나왔다. 후고 테오렐과 그 동료들은 이전에 세포 호흡에 필수적인 것으로 확인된 밝은 노란색의 효모의 효소가 주효소와 밝은 노란색 색소로 분리될 수 있음을 보여주었다. 주효소나 색소만으로는 NADH의 산화를 촉매할 수 없었지만, 이 둘을 혼합하면 효소 활성이 회복되었다. 그러나 분리된 색소를 리보플라빈으로 대체하면 분광법으로는 구별할 수 없었고 효소 활성도 회복하지 못했다. 이것으로서 연구된 단백질이 효소 촉매 활성을 위해 리보플라빈이 아니라 플라빈 모노뉴클레오타이드(FMN)를 필요로 한다는 사실을 발견했다.^[6][7]

D-아미노산 산화효소에 대한 유사한 실험을 통해^[8] 효소에 의해 사용되는 두 번째 형태의 플라빈인 플라빈 아데닌 다이뉴클레오타이드(FAD)가 확인되었다.^[9]

예

플라보단백질 계열에는 다음과 같은 다양한 효소가 포함되어 있다.

• 척추동물에서 스테로이드 호르몬 합성에 관여하는 아드레노독신 환원효소는 후생동물과 원핵생물에 널리 분포한다.^[1]
• 소포체에 위치한 사이토크롬 P450 단백질의 산화환원 파트너인 사이토크롬 P450 환원효소.^[10][11]
• 에피더민 생합성 단백질인 EpiD는 FMN과 결합하는 플라보단백질로 밝혀졌다. 이 효소는 -C=C- 이중 결합을 형성하기 위해 에피더민의 C-말단 메소-란싸이오닌의 시스테인 잔기에서 2개의 환원 당량을 제거하는 것을 촉매한다.^[12]
• 다이하이드록시다이피콜린산으로부터 다이피콜린산의 형성을 촉매하는 효소인 다이피콜린산 생성효소의 B 사슬.^[13]
• 페닐아크릴산 탈수소효소(EC 4.1.1.-) 및 효모에서 신남산에 대해 내성을 부여하는 효소.^[14]

같이 보기

• 포토트로핀
• 크립토크롬

각주

1. Hanukoglu I (2017). “Conservation of the Enzyme-Coenzyme Interfaces in FAD and NADP Binding Adrenodoxin Reductase-A Ubiquitous Enzyme”. 《Journal of Molecular Evolution》 85 (5): 205–218. Bibcode:2017JMolE..85..205H. doi:10.1007/s00239-017-9821-9. PMID 29177972. S2CID 7120148. 
2. Abbas, Charles A.; Sibirny, Andriy A. (2011년 6월 1일). “Genetic Control of Biosynthesis and Transport of Riboflavin and Flavin Nucleotides and Construction of Robust Biotechnological Producers”. 《Microbiology and Molecular Biology Reviews》 (영어) 75 (2): 321–360. doi:10.1128/MMBR.00030-10. ISSN 1092-2172. PMC 3122625. PMID 21646432. 
3. Garma, Leonardo D.; Medina, Milagros; Juffer, André H. (2016년 11월 1일). “Structure-based classification of FAD binding sites: A comparative study of structural alignment tools”. 《Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics》 (영어) 84 (11): 1728–1747. doi:10.1002/prot.25158. ISSN 1097-0134. PMID 27580869. S2CID 26066208. 
4. Lienhart, Wolf-Dieter; Gudipati, Venugopal; Macheroux, Peter (2013년 7월 15일). “The human flavoproteome”. 《Archives of Biochemistry and Biophysics》 535 (2): 150–162. doi:10.1016/j.abb.2013.02.015. PMC 3684772. PMID 23500531. 
5. Macheroux, Peter; Kappes, Barbara; Ealick, Steven E. (2011년 8월 1일). “Flavogenomics – a genomic and structural view of flavin-dependent proteins”. 《FEBS Journal》 (영어) 278 (15): 2625–2634. doi:10.1111/j.1742-4658.2011.08202.x. ISSN 1742-4658. PMID 21635694. S2CID 22220250. 
6. Massey, V (2000). “The chemical and biological versatility of riboflavin”. 《Biochemical Society Transactions》 28 (4): 283–96. doi:10.1042/0300-5127:0280283. PMID 10961912. 
7. Theorell, H. (1935). “Preparation in pure state of the effect group of yellow enzymes”. 《Biochemische Zeitschrift》 275: 344–46. 
8. Warburg, O.; Christian, W. (1938). “Isolation of the prosthetic group of the amino acid oxydase”. 《Biochemische Zeitschrift》 298: 150–68. 
9. Christie, S. M. H.; Kenner, G. W.; Todd, A. R. (1954). “Nucleotides. Part XXV. A synthesis of flavin?adenine dinucleotide”. 《Journal of the Chemical Society》: 46–52. doi:10.1039/JR9540000046. 
10. “NADPH P450 oxidoreductase: Structure, function, and pathology of diseases”. 《Pharmacology & Therapeutics》 (영어) 138 (2): 229–254. 2013년 5월 1일. doi:10.1016/j.pharmthera.2013.01.010. ISSN 0163-7258. 
11. Jensen, Simon Bo; Thodberg, Sara; Parween, Shaheena; Moses, Matias E.; Hansen, Cecilie C.; Thomsen, Johannes; Sletfjerding, Magnus B.; Knudsen, Camilla; Del Giudice, Rita; Lund, Philip M.; Castaño, Patricia R. (2021년 4월 15일). “Biased cytochrome P450-mediated metabolism via small-molecule ligands binding P450 oxidoreductase”. 《Nature Communications》 (영어) 12 (1): 2260. doi:10.1038/s41467-021-22562-w. ISSN 2041-1723. 
12. Kupke, T; Stevanović, S; Sahl, H. G.; Götz, F (1992). “Purification and characterization of EpiD, a flavoprotein involved in the biosynthesis of the lantibiotic epidermin”. 《Journal of Bacteriology》 174 (16): 5354–61. doi:10.1128/jb.174.16.5354-5361.1992. PMC 206373. PMID 1644762. 
13. Daniel, R.A.; Errington, J. (1993). “Cloning, DNA Sequence, Functional Analysis and Transcriptional Regulation of the Genes Encoding Dipicolinic Acid Synthetase Required for Sporulation in Bacillus subtilis”. 《Journal of Molecular Biology》 232 (2): 468–83. doi:10.1006/jmbi.1993.1403. PMID 8345520. 
14. Clausen, Monika; Lamb, Christopher J.; Megnet, Roland; Doerner, Peter W. (1994). “PAD1 encodes phenylacrylic acid decarboxylase which confers resistance to cinnamic acid in Saccharomyces cerevisiae”. 《Gene》 142 (1): 107–12. doi:10.1016/0378-1119(94)90363-8. PMID 8181743. 

외부 링크

• The menu "science" of the program STRAP provides A comprehensive collection of all flavo-proteins with known 3D-structure. It compares the protein structures to elucidate phylogenetic relationships.