지금까지의 glucose metabolism을 훝어 보면...세포의 가장 보편적인 에너지 획득 즉 ATP획득은 미토콘드리아에서 일어나는 산화적 인산화라 할수 있겠습니다. 이 산화적 인산화에 필요한 물질은 주로 Glucose로 부터 얻을수 있습니다. 왜 우리가 carbohydrate를 섭취해야 하는지 중요한 이유겠죠. 이렇게 외부에서 섭취한 carbohydrate를 분해해 glucose를 얻습니다. 이 Glucose는 세포내에서 Glycolysis라는 과정을 거쳐 Pyruvate가 되고 이 Pyruvate는 미토콘드리아에서 citric acid cycle을 거치며 산화되어 CO2가 되고 이때 나온 전자들이 NADH와 FADH2의 형태로 저장되어 미토콘드리아 막에서 전자전달계에 전자를 전달하여 proton motive force를 이용해 ATP를 만듭니다.

그래서 우리의 몸에서 Glucose가 항상 적당한 농도로 혈액내에 유지됩니다. Glucose가 많을땐 Glycogen형태로 저장하여 Glucose level을 낮추고, 굶고 배고플땐 Glycogen을 분해해서 Glucose를 다시 얻기도 하고..더 굶으면 Fat이나 단백질을 분해해서 Glyconeogenesis라는 과정을 거쳐 Glucose를 만들기도 하고 ATP형성도 하고..그러죠~

그럼 Glucose level을 조절하는데..있어 어떤 것들이 관여를 하는지..알아보도록 합시다.

지난 번에 Glycogen을 분해해서 Glucose만드는걸 배웠는데..그때 자세히 어떤 enzyme이 쓰이는지는 말 안했죠....Glycogen에서 glucose한분자 떨어질때 Glucose 1-phosphate형태로 떨어집니다..그말은 떨어뜨릴때 phosphate group이 하나 붙는다는 소리입니다. 그래서 이때 작용하는 효소를 phosphorylase라고 합니다. Glycogen만들때 쓰이는 효소는 걍 Glycogen synthetase라고 합니다.

이런 조절 기작에 가장 잘 target으로 이용되는놈이 phosphorylase라든지 Kinase라든지 phosphatase라든지..Phosphate를 붙이고 떨어뜨리데 관련된 효소가 조절에 중요합니다.

그럼 phosphorylase라는 놈은 phosphate group을 target protein에 붙여주는 역할을 하는놈인데..이놈역시 phosphate group을 가지느냐 못 가지냐에 따라 활성이 active됐다 inactive됐다 합니다. 이 phosphorylase에 phosphate group을 붙이는 일을 하는 효소를 우리는 phosphorylase kinase라고 합니다. 근데 이놈마져 phosphate가 붙냐 안붙냐로 활성이 조절됩니다. 그럼 phosphorylase kinase에 phosphate group을 붙이는 놈을 뭐라 할까요? phosphorylase kinase kinase (Proein Kinase A, PKA)라고 해야 겠죠....그래서 이런 신호전달을 signal cascade(신호폭포)라고 하죠~

Glucose의 Level에 따른 Glycogen분해와 같은 signaling에서도 이런 Kinase들이 signaling에 관여하여 신호를 전달합니다. 그럼 어케 전달되는지 봅시다. 혈액내의 Glucose의 Level이 낮아지거나 Glycolysis를 통한 ATP형성이 필요하게 되면..체내에서는 적절한 hormon이 분비됩니다. 운동을 시작할려구 한다면 Epinephrine(아드레날린 이라고도 하죠)이 분비되구요. 이놈은 근육과 같은 Tissue에 곧 운동할꺼니까 에너지 만들어라는 신호를 전달할겁니다. Glucose level이 낮을때는..Glucagon이라는 peptide성 hormone이 분비됩니다. 이 Glucagon은 Liver 즉 간세포에 가서 지금 Glucose모자린다~ 만들어서 혈액으로 내보내라~ 라는 신호를 보냅니다.

이 두 hormon, epinephrine과 Glucagon은 비슷한 Receptor(수용체)에 먼저 붙습니다. 다만 작용하는 Tissue가 다르죠..Liver에는 Epinephrine specific receptor가 있어서 Epinephrine에 대한 신호를 받을수 있습니다..Hormone은 다르지만 그 수용체의 특성이나 그 이후의 신호전달 과정은 거의 유사합니다.

이들 Hormon이 receptor에 붙으면 이 receptor는 구조적 변화를 가지고..이 변화는 이 receptor에 붙어 있는 G-protein에 전달이 됩니다. 여기에 관련된 G-protein은 3개의 subunit으로 되어 있는데 a-subunit에는 GTP와 GDP가 결합할수 있는 binding site를 지니고 있습니다. Signal이 오기전에는 GDP가 붙어서 다른 subunit과 complex를 형성하고 있다가 signal이 오면 GTP로 바뀌어면서 다른 subunit과 떨어져서 GTP-bound-a-subunit형태로 떨어져나와 역시 cell membrane에 있는 Adenylate cyclase라는 효소에 가서 결합하면 이 cyclase는 activate됩니다. 그럼 이 Adenylate cyclase가 ATP를 cyclic AMP를 바꾸어 세포내 cAMP의 농도가 증가하면 여러 signal이 유도 될수 있습니다. 지금 설명하는 mechanism의 경우 cAMP가 protein kinase A를 acitivate시킵니다. 그럼 이 PKA가 phosphorylase kinase를 activation시키고 active된 phosphorylase kinase가 phosphorylase를 activation시킵니다.

또 한가지, PKA가 activated되면 Phosphorylase kinase를 phophorylation을 유도해 activation시키고, 이 PKA는 Glycogen synthetase를 역시 phosphorylation시키지만 Activation이 아닌 Inactivation됩니다. 어떤 단백질은 phosphorylation에 의해 activation도 되고 어떤놈은 inactivation도 됩니다.

아무튼 이렇게 Inactive된 glycogen synthetase와 active된 phosphorylase가 이제 각각Glycogen 합성은 저해하고 그대신 Glycogen으로 부터 Glucose 1-phosphate를 하나 떼어 내겠죠~ 그럼 이렇게 해서 얻은 Glucose 1-phosphate로 부터 Muscle에서는 Glycolysis를 통한 ATP형성을, Liver에서는 Glucose형성해 혈관으로 내보낼겁니다.

이전에 이야기 했듯이 이러한 신호가 오는 근본적인 시발점을 생각해보세요..운동시작전 muscle에 에피네피린 호르몬이 와서 ATP생성을 유도하죠~ Glucose level이 낮을때 Glucagon이 분비되어 간세포에 Glucose형성을 유도합니다...

그럼 다른 이야기로 하나 넘어가볼까요~

Glucose를 세포가 얻을때 어떻게 들여올까요? 특별한 receptor가 있습니다. GLUT라는 receptor인데 GLUT1, GLUT3, GLUT2, GLUT4등이 대표적인것입니다.

GLUT1이나 GLUT3의 경우 일반적인 세포들이 다들 지니고 있는 가장 대표적인 receptor로써 glucose에 대한 affinity가 가장 높습니다. 그래서 혈관에 흐르는 Glucose을 세포내로 들일때 이용되는 receptor입니다.

하지만 Glucose 농도가 아주 높을때..간세포는 glucose를 받아들여서 level을 낮춰야 겠죠? 이때 쓰이는 놈은 GLUT2라는 놈인데..이놈은 Glucose에 대한 affnity가 그리 좋진 않습니다. 그래서 농도가 높을때만 Glucose를 세포내로 받아 들일수 있죠. 일반적인 세포는 세포내의 Glucose의 양이 높아지면 Glucose를 더이상 대사할수가 없지만..Liver에는 이런 조절 기작을 이길수 있는 효소들이 있어서 세포내 Glucose농도가 올라가도 계속 대사해서 Glycogen을 만들수 있습니다. 만약 Glycogen이 Liver에 너무 많이 차면 어케 될까요? 그럼 Glycogen을 만드는 대신 glucose를 Glycolysis를 통해 Pyruvate로 만든후 이 pyruvate가 Fatty acid로 변환됩니다.

또 Pancreatic beta cell일고 췌장인가? 암튼 여기 있는 베타세포 역시 GLUT2를 지니고 있는데..Glucose농도가 올라가면 GLUT2를 통해 이 세포가 Glucose를 받아 들이면 이 세포는 Insulin을 분비합니다. 즉 insuline은 혈액내 Glucose농도가 올라가면 췌장에 있는 베타세포에 의해 분비된단 말이죠~~

이 insulin은 Muscle이나 Fat 세포(adipose)에 있는 Insuline receptor에 binidng하는데 insulin이 이런 세포에 신호를 주면 이 세포들은 신호전달을 받아 GLUT4라는 또다른 Glucose receptor를 세포막으로 분비를 해서 Glucose를 받아 들여 Glucose를 소비하게 됩니다. Fat세포에서는 이렇게 받아 들여진 Glucose로 Fat을 만들겠죠~

그니까..에너지 충분하고..운동도 할 의향 없는 상태에서 가만히 앉아서 감자칩을 먹으면 Fat이 늘어난다는거죠~