정답
㉠의 대사 조절 방식은 피드백 저해이며, CTP가 존재하면 ATCase는 T 상태가 우세해진다. 또한 (나)에서 ㉡이 ㉢보다 효소 활성이 큰 이유는 ATP와 CTP가 동일한 조절 부위에 경쟁적으로 결합하여 ATP가 CTP의 저해 효과를 부분적으로 상쇄하기 때문이다.
출제 의도
이 문항은 피리미딘 생합성 경로에서 ATCase의 조절 메커니즘을 이해하고, 알로스테릭 효소의 두 구조 상태(R 상태와 T 상태), 그리고 활성화 인자와 억제 인자가 동일한 조절 부위에 작용할 때 효소 활성 변화가 어떻게 나타나는지를 해석하는 능력을 평가한다.
풀이 과정
ATCase는 피리미딘 생합성의 첫 단계 반응을 촉진하는 효소이며, 최종 산물인 CTP가 효소 활성을 억제함으로써 경로 전체를 조절한다. 이와 같이 최종 산물이 초기 효소를 억제하는 조절 방식은 피드백 저해이다.
CTP가 ATCase에 결합하면 효소는 활성도가 낮은 T 상태(tense state)로 구조가 변화한다. 이 상태에서는 기질인 아스파르트산에 대한 친화도가 낮아져 반응 속도가 감소한다.
반대로 ATP는 ATCase의 조절 인자로 작용하여 효소를 활성도가 높은 R 상태(relaxed state)로 안정화시킨다. ATP와 CTP는 동일한 조절 부위에 결합하므로, 두 물질은 서로 경쟁적으로 작용한다.
그림 (나)에서 ㉢은 CTP만 존재할 때의 곡선으로, CTP가 조절 부위에 결합하여 ATCase를 T 상태로 유도하므로 효소 활성이 가장 낮다.
㉡은 CTP와 ATP가 동시에 존재하는 경우이다. 이때 ATP가 동일한 조절 부위에 결합하여 일부 CTP의 결합을 방해하고, 효소의 구조를 부분적으로 R 상태 쪽으로 이동시킨다.
그 결과, CTP만 존재하는 경우(㉢)보다 효소의 기질 친화도와 반응 속도가 증가하여, ㉡의 효소 활성이 ㉢보다 크게 나타난다.
따라서 ATP는 CTP의 피드백 저해 효과를 완화하는 알로스테릭 활성화 인자로 작용함을 알 수 있다.