A-B형 독소의 특성을 다음과 같이 정리하였음. · A 서브유닛: 효소 활성을 가지며 실제 독성을 나타내는 부위임 · B 서브유닛: 숙주 세포 수용체에 결합하여 독소의 세포 내 유입을 매개함
1디프테리아 독소의 A 서브유닛은 EF-2를 ADP-리보실화하여 단백질 합성을 저해한다✓ 정답
2시가 독소의 A 서브유닛은 Rho GTPase를 글루코실화하여 세포골격을 파괴한다
3파상풍 독소의 B 서브유닛은 신경세포 GM1 강글리오사이드에 결합하여 콜린성 신경에 작용한다
4탄저균 치명 독소의 B 서브유닛(PA)은 아데닐산 사이클라아제 활성을 직접 나타낸다
5백일해 독소의 A 서브유닛은 Gs 단백질을 ADP-리보실화하여 cAMP를 감소시킨다
해설
디프테리아 독소의 A 서브유닛은 진핵세포의 번역 신장 인자인 EF-2(elongation factor 2)를 ADP-리보실화하여 불활성화함으로써 단백질 합성을 차단하고 세포 사멸을 유발한다. 백일해 독소는 Gi 단백질을 ADP-리보실화하여 cAMP를 증가시키며, 시가 독소는 28S rRNA를 절단하는 N-글리코시다아제 활성을 가진다.
핵심 해설
이 문제는 세균성 A-B형 독소(A-B toxin)의 구조와 각 서브유닛의 작용 기전(MOA)을 정확히 이해하고 있는지를 평가하는 전형적인 국시 빈출 문제예요. A-B형 독소의 기본 개념은 B 서브유닛(Binding subunit)이 숙주 세포 표면의 특정 수용체에 결합하여 독소의 세포 내 유입을 돕고, A 서브유닛(Active subunit)이 세포 내에서 효소 활성을 나타내어 세포 기능을 교란시키는 것입니다.
1. 핵심 개념 분석 (Key Concept): 이 문제는 각 독소의 A 서브유닛이 표적으로 하는 분자와 효소 활성의 정확한 조합을 알고 있어야 해요. 디프테리아(Diphtheria), 시가(Shiga), 파상풍(Tetanus), 탄저(Anthrax), 백일해(Pertussis) 독소의 기전을 구별하는 것이 핵심입니다.
2. 정답 근거 (Answer Rationale): ①번이 정답입니다. 디프테리아 독소(Diphtheria toxin)의 A 서브유닛은 NAD+를 이용하여 진핵생물 신장인자 2(eEF-2, eukaryotic Elongation Factor 2)의 디프타마이드(Diphthamide) 잔기를 ADP-리보실화(ADP-ribosylation)합니다. 이 변형으로 eEF-2가 불활성화되어 mRNA의 리보솜 상 전좌(Translocation) 과정이 차단되고, 결과적으로 단백질 합성(Protein synthesis)이 저해되어 세포가 사멸합니다. 핵심!
3. 오답 분석 (Distractor Analysis):
- ②번: 시가 독소(Shiga toxin)의 A 서브유닛은 28S rRNA의 특정 아데닌(Adenine) 염기를 절단하는 N-글리코시다아제(N-glycosidase) 활성을 가집니다. Rho GTPase를 글루코실화(Glycosylation)하는 것은 혼동 주의! 클로스트리디움 디피실레(Clostridium difficile) 독소 A/B의 기전입니다.
- ③번: 파상풍 독소(Tetanus toxin)의 B 서브유닛은 GD1b, GT1b와 같은 신경세포 막의 강글리오사이드(Ganglioside)에 결합합니다. GM1 강글리오사이드는 주로 콜레라 독소(Cholera toxin)의 B 서브유닛 결합 표적입니다. 또한 파상풍 독소는 억제성 신경세포(Interneuron)의 시냅스 소포 단백질인 VAMP/Synaptobrevin을 절단하여 신경전달물질(GABA, Glycine) 분비를 차단합니다. 콜린성 신경에 작용하는 것은 보툴리눔 독소(Botulinum toxin)입니다.
- ④번: 탄저균 치명 독소(Anthrax lethal toxin)는 B 서브유닛인 방어 항원(PA, Protective Antigen)과 A 서브유닛인 치명 인자(LF, Lethal Factor)로 구성됩니다. PA는 LF의 세포 내 유입을 돕는 역할을 하며, LF 자체는 MAPKK(Mitogen-Activated Protein Kinase Kinase)를 절단하는 금속단백분해효소(Metalloprotease) 활성을 가집니다. 아데닐산 사이클라아제(Adenylyl Cyclase) 활성을 직접 나타내는 것은 탄저균 부종 독소(Edema toxin)의 부종 인자(EF, Edema Factor)입니다.
- ⑤번: 백일해 독소(Pertussis toxin)의 A 서브유닛(S1 subunit)은 세포 내 Gi 단백질(억제성 G 단백질)의 α 서브유닛을 ADP-리보실화합니다. 이로 인해 Gi 단백질이 불활성화되어 아데닐산 사이클라아제(Adenylyl cyclase)에 대한 억제가 풀리면서 cAMP(cyclic AMP)가 증가합니다. Gs 단백질을 ADP-리보실화하여 cAMP를 증가시키는 것은 콜레라 독소(Cholera toxin)입니다.
4. 연관 개념 정리 (Related Concepts): ADP-리보실화 독소는 디프테리아 독소, 백일해 독소, 콜레라 독소가 대표적이며, 각각 표적 단백질(eEF-2, Gi, Gs)이 다릅니다. 반면, 시가 독소와 리신(Ricin)은 rRNA를 절단하는 N-글리코시다아제이며, 파상풍 독소와 보툴리눔 독소는 SNARE 단백질을 절단하는 금속단백분해효소입니다. 이렇게 '효소 활성 유형'과 '표적 기질'을 묶어서 암기하는 것이 중요합니다.
개념 정리
독소
A 서브유닛 효소 활성
표적 기질
최종 결과
디프테리아 독소
ADP-리보실기전달효소
eEF-2 (디프타마이드)
단백질 합성 저해
시가 독소
N-글리코시다아제
28S rRNA (아데닌)
단백질 합성 저해
파상풍 독소
금속단백분해효소 (아연)
VAMP/Synaptobrevin
억제성 신경전달 차단 (강직성 마비)
보툴리눔 독소
금속단백분해효소 (아연)
SNAP-25, Syntaxin, VAMP
흥분성 신경전달 차단 (이완성 마비)
탄저균 치명 독소 (LF)
금속단백분해효소 (아연)
MAPKK
세포 신호전달 교란
탄저균 부종 독소 (EF)
아데닐산 사이클라아제
ATP → cAMP
cAMP 증가 (부종 유발)
백일해 독소
ADP-리보실기전달효소
Gi 단백질 α 소단위
cAMP 증가
콜레라 독소
ADP-리보실기전달효소
Gs 단백질 α 소단위
cAMP 증가
한눈에 비교!ADP-리보실화 독소 3총사
- 디프테리아 독소: 표적 = eEF-2 → 단백질 합성 저해
- 콜레라 독소: 표적 = Gs (활성화) → cAMP 증가
- 백일해 독소: 표적 = Gi (불활성화) → cAMP 증가
혼동 주의! 디프테리아 독소와 백일해 독소 모두 'ADP-리보실화'를 하지만, 표적이 완전히 다릅니다. 디프테리아는 '번역인자(EF-2)'를, 백일해와 콜레라는 'G 단백질'을 표적으로 합니다.
국시 빈출 포인트
국시에서는 각 독소의 'A 서브유닛 효소 활성(ADP-ribosyltransferase, N-glycosidase, Metalloprotease)'과 '특이적 표적 분자(eEF-2, Gi, Gs, 28S rRNA, SNARE 단백질)'를 짝짓는 문제가 자주 출제됩니다. 또한, 혼동 주의! "cAMP를 증가시키는 독소(콜레라, 백일해, 탄저 부종) vs 감소시키는 독소(없음)" 또는 "단백질 합성 저해 독소(디프테리아, 시가) vs 신경전달 차단 독소(파상풍, 보툴리눔)"의 큰 분류부터 기억하세요.
약국/임상 실무 가이드임상 시나리오 (Clinical Scenario)
약국에 한 아기가 왔어요. 생후 2개월 영아로 DTaP(디프테리아, 파상풍, 백일해) 예방접종을 맞으러 왔습니다. 접종 전, 약사는 부모님께 백신의 종류와 가능한 부작용에 대해 설명해야 합니다. 이때 각 독소의 기전을 이해하고 있으면 설명이 더 정확해져요.복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention)
약사는 다음과 같이 복약지도할 수 있습니다. "아기가 접종받는 DTaP 백신은 디프테리아, 파상풍, 백일해 이렇게 세 가지 질병을 예방하는데요. 각 질병을 일으키는 균이 내보내는 독소(毒素)의 독성을 없앤 '톡소이드(Toxoid)' 성분이 들어 있어서 안전하게 면역력을 만들 수 있어요. 접종 후 접종 부위가 약간 빨갛게 붓거나 아기가 열이 조금 날 수 있지만 대부분 며칠 안에 좋아지니 너무 걱정하지 마세요."환자 안전 및 주의사항 (Precautions)
만약 약국에서 이론적으로 다뤄야 할 상황을 가정해보면, 디프테리아 독소의 기전을 이해하면 디프테리아 항독소(Diphtheria Antitoxin)의 중요성을 알 수 있습니다. 디프테리아 항독소는 B 서브유닛에 결합하여 독소가 세포에 부착하는 것을 차단하는 중화 항체로, 치료의 핵심입니다. A 서브유닛이 이미 세포 내로 들어간 후에는 효과가 없으므로, 조기 투여가 무엇보다 중요합니다.