생전환 효소의 활성 변화

유기 질산염에 대한 공역화

 

이 반응은 다른 반응과는 달리 최종적으로 공역 화물이 mercapturic acid 경로로 진행되지는 않는다. 이 반응은 유기 질산을 무기 아질산으로 전환하는 반응과 glutathione을 S-S 이중체로 산화하는 반응으로 진행 된다. R-HC-O-N-01 G → R-CHOH + GS-N-01 P-450은 기본적으로 모두가 같은 대사기능을 수행하며 같은 기질을 이용하지 만 엄밀한 의미에서는 정량적으로 기질 특이성을 보이고 있다.

 

P-450 효소군은 효소마다 분자량, 전기이동성, 효소 유도제 혹은 억제제에 대한 반응성에도 차이를 보이고 있다. 여기서 효소유도란 화학물질에 의해 효소의 생합성이 증가되는 현상으로서 유 도과 정은 세포질 내의 수용체와 유도물질이 결합한 복합체가 형성되고 다음으로 이 복합체가 유전자와 반응하여 효소의 활성을 증가시키게 된다. 그림 2.25 유기질소화합물에 대한 glutathion 공역화 기전 3 니트로글리세린에 대한 공역화 : 심근경색 시 혈관 이완제로 사용되는 화학물 질로서 이 물질 역시 glutathion에 의한 불활성화 과정을 거친다.

 

그러나 이 과정에서 생성된 아질산염의 경우 아민과 반응하여 발암물질인 니트로사민으로 변한다. 효소 유도는 흰쥐의 간에서 아미노 아조염료의 N-탈메칠화 반응에 대한 연구에 서 최초로 관찰되었다. 즉, 다양한 화학물질을 동물에 투여할 경우 염료에 대한 간의 탈메틸화 반응이 증가되는 현상을 관찰하였다. GS-N-0- + SG - NO, + GS - SG 그림 2.26 니트로글리세린에 대한 glutathion공역화 기전 4 반응성이 매우 큰 peroxide에 대한 공역화 : 이 반응 역시 mercapturic acid 경로로 진행되지 않는 또 다른 반응으로서 glutathione peroxidase에 의해 수행돼 며 최종 생성물은 알코올로 환원된다.

 

현재까지 glutathione의 무독 화제로서의 중요성은 명확하지만 유전적인 소인이나 다양한 화학물질들에 의하여 세포 내 glutathione이 고갈되거나 감소될 경우 간독 성 물질과 돌연변이 원성 물질에 대하여 아주 취약해질 수밖에 없다. 흰쥐를 대상 으로 한 실험에서 간 glutathione을 고갈시키는 물질들을 표 2.4에 표시하고 있다.

 

2.3.1 유도제

 

Haugen 등은 토끼 간에서 얻은 microsome으로부터 P-450을 정제하여 적어도 4가지 형태 이상이 존재한다고 보고했다. 이 동질 효소들은 겔 전기영동에서 명확 한 띠로 분리될 수 있다. 이들 중에 두 가지는 동질성을 지니고 있으며 LM와 LM4로 표시했다(LM은 간 microsome을 의미하며, 숫자는 띠의 순서이다). LM2는 phenobarbital(PB)에 의해 유도되며 분자량은 50,000 정도이다. LM4는 B-naphtho flavone에 의해 유도되는 분자량 54,000의 효소이다(그림 2.27).

 

LM4는 또한 3-methylcholanthrene(3-MC)로도 유도할 수 있으며 특성으로는 방향족 탄화수소에 대한 기질 특이성이 있어서 방향족 탄화수소 가수분해효소(AHH: aromatic hy drocarbon hydroxylase)라고 불린다. LM4는 빛 흡수특성은 CO와 결합했을 때 다른 동질 효소가 450nm에서 빛을 흡수하는 특성과는 달리 448nm에서 최대 흡광도를 나타낸다. 요소 유도 시 PB를 투여한 동물에서는 특이 동질 효소의 활성 증가와 함께 평활 소포제의 현저한 증식과 간 무게의 증가도 함께 관찰되었으나 3-MC를 투여할 경우 또한 살서제인 warfarin (그림 2.29)에 대한 수산화 반응의 경우가 입체적 선택성을 잘 설명해주는 예가 될 수 있다.

 

ICH 0=c-CH, HN TH o No H. Phenobarbital 애 앤 B - Naphthoflavone CH oo HC 그림 2.29 Warfarin의 구조(* 표시는 비대칭 탄소) 3 - Methylcholanthrene 그림 2.27 P-450 효소 활성 유도제들 Warfarin은 비대칭 탄소를 지니고 있기 때문에 R과 S의 두 가지 입체 이성체가 있다. 표 2.5는 흰쥐를 PB와 3-MC로 P-450을 유도했을 때 R형과 S형의 수산 화 반응 비율을 나타냈다. 첫 번째 수치는 R형에 대하여, 두 번째 수치는 S형에 대한 값이다.

 

Benatalpyrene Benzo(a) pyrene 화학물질의 대사를 관장하는 효소의 입체 특이성에 대한 지식은 강력한 변이원 정물질과 발암물질에 노출될 경우 독성을 평가하는데 매우 중요하다. Inducer : 3 MC => PB P 2.3.2 억제제 P-450 효소 활성을 억제하는 물질의 종류는 크게 가역적 억제제와 비가역적. 비교 간이 증가되는 정도로서 평가하고 있다. 즉 hexobarbital은 P-450에 의해 불활성화 되기 때문에 P-450 억제제의 경우에는 수면시간을 연장시키게 되고 유도제의 억제제로 분류할 수 있다.

 

가역적 억제제는 P-450 효소에 대하여 서서히 대사 되는 기질로서 효소의 활 성부 위를 점유하고 있어 다른 화학물질들의 대사를 지연시키는 작용을 한다. 가 경우에는 수면시간을 단축시키게 되는 원리를 이용하는 것이다. 역적 억제제의 대표적인 물질로는 2-diethylaminoethyl 2,2-diphenylvalerate로서 SKF 525-A로 알려져 있다.

 

2.3.3 환경 오염물질 중 P-450 유도제

 

환경오염물질 중에는 P-450의 활성을 유도하는 물질이 많다. 대표적인 오염물 질을 중심으로 살펴보면 다음과 같다. 첫 번째는 1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorophenyl) ethane(DDT)를 들 수가 있다(그 CH-CH2-CH2-c-c-o-CH-CH-N CH, CH, CH, CH3 림 2.32 A). DDT를 50mg/kg 용량으로 흰쥐에 투여할 경우 hexobarbital에 의한 수면시간이 단축되기 때문에 DDT가 P-450 유도제라는 것을 바로 확인할 수 있다.

 

또한 DDT는 dimethylbenzanthracene에 의한 유방암 발생률을 감소시키는데 이런 결과는 독성물질의 상호작용 결과이다. 즉 dimethylbenzanthracene을 수산화 시켜 비발암 원성으로 만드는 P-450 효소의 활성을 DDT가 유도한 결과 거나 혹은 그림 2.30 2-diethylaminoethyl 2,2-diphenylvalerate(SKF 525-A)의 구조 epoxide hydrolase나 glutathione-S-transferase의 활성을 유도한 결과로 해석된다. SKF 525-A는 LM2 동질 효소에 강하게 결합하여 (해리 상수 Ki=105) 아주 느리 게 벤젠환의 히드록 실화와 질소의 탈알킬화가 일어난다. 가역적 억제제의 또 다 두 번째는 유기염소계 살충제들 -aldrin, dieldrin, hexachlorobenzene, hexach-. lorocyclohexane-이다. Monsanto archlor는 polychlorinated biphenyl(PCBs)(그림 른 예로서는 a-naphthoflavone을 들 수가 있다(그림 2.31).

 

그러나 화학적 조성이 2. 32 B)의 혼합물로서 네 가지의 숫자로 명명한다. 처음 두 숫자는 biphenyl 구 같은 B-naphthoflavone의 경우는 LM4의 유도제이다. 조를 나타내며, 나머지 두 숫자는 염소의 평균 %를 의미한다(예를 들면, Archlor 1254는 염소를 무게비로 평균 54%를 함유하는 chlorinated biphenyls의 혼합물이 비가역적 억제제의 대표적인 예로서는 사염화탄소를 들 수 있다. 사염화탄소는 세포막에 존재하는 지질을 과산화시켜 세포막을 파괴하여 세포 내 존재하는 P-450을 유출시킨다. 다). PCBs는 콘덴서, 변압기, 진공펌프와 가스 전송 터어빈 등에 절연액으로 폭넓게 사용되고 있다. 이들의 생리활성은 염소 원자의 위치에 따라 다르다.

 

일반적으 로 P-450 및 p-nitrophenol과 testosterone glucuronyl transferase 등을 유도하며, 또한 간 무게와 microsome 단백질 양을 증가시킨다. 세 번째는 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin(TCDD)으로서 최근 큰 관심을 불 러일으킨 환경오염물질이다(그림 2.32 C), 이 물질은 독성이 매우 강하여 제조나 사탕은 금지되었으나 자연계에 존재하고 있는 실정이다.

 

왜냐하면 TCDD는 소각 장에서 염화 유기물을 소각할 때 생성되어 배출가스 함께 배출되거나 재에 잔류하기 때문이다. 또한 제지공장에서 펄프를 표백하는 과정에서도, 제초제인 그림 2.31 a-Naphthoflavone의 구조 여기서 억제제의 효능을 측정하는 방법은 hexobarbital로 처치한 동물의 수면 시 제2장 독성물질의 생전환 과정 83 82 환경독성학 2,4,5-trichlorophenoxy acetic acid 생산 공정에서, 목재 방부제인 pentachloro phenol의 제조공정에서도 부산물로 생성된다. TCDD는 3-MC보다 30,000배나 강한 AHHS 유도제이다.

 

일반적으로 반응성이 큰 중간대사체의 종류로는 친전 자성 물질과 자유라디칼로 구분된다. 친전 자성 물질은 대부분 분자 내 양극 부분을 갖는 중간대사체로서 제2상 반응을 거치면서 분자 내 음극 부분을 갖는 친핵 성 물질(주로 공역 화제들)과 결합함으로써 반응성이 사라지게 된다. 자유라디칼은 산소에 작용하여 반응성이 큰 산소로 만들어 세포막, DNA 등에 결합하여 독성 작용을 유발하게 만든다.