14. cAMP의 작용 과정

저번 포스팅에서 cAMP의 구조를 살펴 봤는데 이번 포스팅에서는 cAMP가 어떤 작용을 하는지에 대해서 알아보겠습니다.

 

 

           CHAPTER 14. 4

                         (cAMP와 G 단백질의 작용)

 

◎cAMP의 작용

 

저번 포스팅에서 G단백질에 의해서 생성되는 중요한 2차 전령 물질이 cAMP라고 했습니다. 이번에는 cAMP가 어떻게 작용하는지에 대해서 알아보겠습니다.

 

●cAMP의 기능

cAMP는 세포내 생리작용에 중요한 역할을 합니다. 에피네프린이 표적조직으로 근육이나 간의 수용체에 결합하여 신호를 전달하면 cAMP의 농도 증가는 글리코겐 분해를 촉진시킵니다. 마찬가지로 지방세포에서는 cAMP의 증가가 지방산 생산에, 심혈관계에서는 심장 박동 및 혈압을 높여 줍니다. 항이뇨 호르몬(antidiuretic hormone; ADH)이 신장의 수용체에 작용하여 cAMP의 생산이 증가하면 수분 재흡수가 촉진되고 부갑상샘호르몬(parathyroïde hormone)이 뼈에 작용하면 cAMP농도 증가는 뼈 재흡수 반응을 일으킵니다.

그러면 cAMP가 어떤식으로 신호를 전달하는지에 대해서 알아보겠습니다.

 

●cAMP의 단백질 인산화효소 활성화 작용

cAMP는 세포내 단백질 인산화효소(protein kinase A; PKA)의 활성화를 통해서 신호를 전달하게 됩니다. PKA는 표적 단백질 중에 포함된 세린이나 트레오닌에 ATP의 인산기를 전달하는 방법으로 세포내 다양한 단백질을 인산화 시킵니다.

그러면 세린과 트레오닌이 어떻게 인산화가 가능한지 보겠습니다.

 

 

 

그림을 보시면 세린과 트레오닌 그리고 티로신은 하이드록시기(-OH)를 가진 것을 볼 수 있습니다. 이 때문에 이 세 아미노산은 인산화가 가능한데 이때 첨가되는 인산기는 ATP에서 오게 됩니다.

그렇다면 PKA(protein kinase A)의 활성화 기작을 보겠습니다.

 

 

 

위 그림은 PKA의 모식도입니다. 그림에서 알 수 있듯이 PKA는 두 개의 조절 소단위(regulatory subunits; Reg)와 두 개의 촉매 소단위(catalytic subunits; Cat)로 구성되어 있고 Reg에는 cAMP가 결합하는 부위가 있습니다.

 

1. Reg(조절 소단위체)는 cAMP가 없는 상황에서는 촉매부위에 붙어서 촉매부위가 작용하는 것을 방해 합니다.

 

2. cAMP가 Reg에 결합하면 소단위체의 구조가 변하면서 떨어져 나오고 촉매 소단위체가 활성화 됩니다. 이 촉매 소단위체가 세포에 있는 표적 단백질을 인산화 시킵니다.

 

이 그림에서 볼 수 있듯이 cAMP에 의해 활성하된 PKA의 촉매 부위의 인산화 작용이 여러 단계의 단백질 인산화 효소 작용을 일으킵니다. 그래서 cAMP의 신호 전달이 중요합니다.

 

●cAMP의 인위적 조절

리간드가 없는 상황에서도 cAMP의 양을 인위적으로 높이면 마치 리간드가 수용체에 결합하여 신호 전달이 일어나는 것처럼 작용이 일어납니다. 이를 의학적 방법으로 이용 할 수 있습니다. 세포내 cAMP의 양을 인위적으로 높이는 방법은 두가지가 있는데 cAMP의 직접적인 생산을 늘리거나 cAMP를 분해하는 인산디에스테르가수분해효소의 작용을 억제하는 방법이 있습니다.

 

이러한 약물의 예로 메틸크산틴들이 있는데 이들은 커피, 차, 그 밖의 음료에 포함된 카페인과 데오필린의 혼합물입니다. 데오필린은 기관지 민무늬근육을 이완시킬 수 있기 때문에 천식 치료제로 사용됩니다.

 

●G 단백질 신호전달 기작의 붕괴

G단백질 신호전달의 붕괴가 일어나면 세포가 정상적으로 작동하지 못하여 질환이 생기게 됩니다. 여기서는 박테리아에 의한 두가지 질환에 대해 알아 보도록 하겠습니다.

 

1. Vibrio cholerae(콜레라 병원균)

콜레라균이 장에서 군집을 형성하면서 분비하는 콜레라 독소는 Gs단백질의 알파 소단위에 ADP-리보오스를 결합시켜서 GTP를 가수분해 못하도록 합니다. 그결과 Gs단백질은 작용이 멈춰지지 않는데 이렇게 되면 cAMP의 농도가 높아집니다. 결국 창자 내벽에서 염화나트륨과 염화중탄산염 및 물이 대량으로 분비됩니다. 이렇게 되면 탈수 증상이 옵니다.

 

2. pertussis toxin(백일해)

이 박테리아가 분비하는 페르투시스 독소는 Gi 소단위가 활성시킵니다. 그렇게 되면 cAMP 형성 과정이 중지가 됩니다. 그결과 폐속에 많은 분비액이 쌓이면서 많은 기침을 하게 됩니다.