식품, 화학 관련 전공 및 시험대비 생화학 핵심 요점 요약 정리 11. 지질 대사(1)

 

11강. 지질 대사(1)

※ 들어가기
• 우리 몸에서 이용되는 지질들은 식사를 통해 공급 or 체내 합성됨
• 중성지방 → 에너지의 주요 저장 형태 → 대사를 통해 에너지를 공급
• 콜레스테롤 → 담즙생성 및 비타민 D 합성에 기여
• 불포화지방산 → 생체기능 조절하는 물질들을 생성
• 당지질 & 인지질 → 주요 막 성분을 이룸

 

1. 지질의 소화 · 흡수와 이동
1) 지질의 소화

• 식사를 통해 섭취한 지방의 소화는 위에서부터 시작됨
• 타액 리파아제 & 위 리파아제 작용으로 인해 중성지방 10~30%가 위에서 소화됨

• 위에서 분비되는 리파아제들은 주로 탄소 수 12개 이하의 짧은 사슬 또는 중간사슬 지방산을 함유한 중성
지방의 소화에 관여함
• 3번 위치에 있는 지방산을 우선적으로 가수분해함 → 신생아에서 특히 유지방의 소화 흡수에 중요한 역할을
함
• 부분적으로 가수분해된 지방, 중성지방, 콜레스테롤, 인지질 등은 작은 기름방울의 형태로 십이지장으로 들
어오게 됨
• 담낭에서 분비된 담즙에 있는 담즙산염(bile salt)의 도움으로 유화액 상태를 이룸
• 유화액 형성은 기름 방울들이 미셀(micelle)의 작은 상태로 안정화될 수 있도록 도와줌

※ 미셀 : 양극성을 가진 지질이 수용액 안에서 소수성인 꼬리는 안쪽을 향하고 친수성인 머리 부분이 수
용액 쪽을 향하고 있는 구형의 집합체

• 표면적 증가
• 췌장에서 분비되는 소화효소의 작용을 잘 받을 수 있게 함
• 본격적인 지질의 소화는 췌장에서 분비되는 소화효소인 췌장리파아제, 코리파아제, 콜레스테롤 에스터라아
제, 포스포리파아제 A2에 의해 이루어짐
• 췌장 리파아제의 작용을 위해 중성지방은 다이아실글리세롤, 모노아실글리세롤 및 유리지방산으로 분해
• 식사로 섭취한 콜레스테롤 중 10~15% 정도를 차지하는 콜레스테롤 에스테르는 유리 콜레스테롤과 지방산
으로 가수분해됨
• 인지질은 포스포리파아제 A2에 의해 리소인지질과 유리지방산으로 분해됨

 

2) 지질의 흡수

• 소화된 지방의 흡수 → 주로 소장의 십이지장 말단과 공장부분에서 이루어짐
• 짧은 사슬 지방산과 중간사슬 지방산은 미셀의 도움 없이도 장 세포에서 흡수될 수 있음
• 모노아실 글리세롤 → 다이아실글리세롤, 지방산, 콜레스테롤, 리소인지질 → 미셀 형태로 흡수 → 다시 중
성지방, 콜레스테롤 에스테르, 인지질로 재합성 → 트리아실글리세롤 → 카일로마이크론
• 유리지방산 → 지방산 아실 CoA
• 콜레스테롤 → 콜레스테롤 에스테르 → 카일로마이크론
• 리소인지질 → 인지질 → 카일로마이크론
• 카일로마이크론 림프계를 거쳐 혈액으로 합류

 

3) 지단백질의 구조와 종류

• 혈액 중에서 소수성인 지질의 주요 이동수단 → 간과 장에서 합성
• 중심부 : 소수성인 중성지방 + 콜레스테롤 에스테르
• 표면 : 단층의 인지질 + 에스테르 결합되어 있지 않은 유리 형태의 콜레스테롤 + 아포지단백질
• 지단백질의 단백질 부분 → 아포지단백질(apolipoprotein) → 지단백질의 구성, 구조, 대사 및 기능에 중요한
역할을 함
• 아포지단백질 → 인지질과 결합, 중성지방이 지단백질 내에서 용해되어 있을 수 있도록 도와줌 → 지방의
양이나 조성 변화에 따라 형태를 변화시킬 수 있게 해줌
• 아포지단백질은 수용체의 인식에 기여함
• apoB100, apoE → LDL수용체에 인식함
• apoAI, apoAII, apoB100, apoE → HDL 수용체의 인식함
• 일부 아포지단백질들 → 지질대사에 관여하는 효소들의 활성을 조절함
• apoAI, apoE, apoAIV, apoCI → 레시틴 콜레스테롤 아실전이효소(LCAT) 활성화시킴
• apoCII → 지단백질 리파아제 활성화시킴

• 지단백질은 보통 한 가지 이상의 아포지단백질을 가지고 있음
• 단백질과 지질의 조성에 따라 지단백질의 밀도가 달라짐
• 지질의 양 ↑ → 지단백질의 밀도 ↓
• 카일로마이크론, VLDL이 중성지방이 주요성분
• 카일로마이크론 → 식사를 통해 섭취한 지방을 장으로부터 조직으로 운반
• VLDL → 간에서 합성된 중성지방을 조직으로 운반

 

4) 지단백질의 대사
(1) 카일로마이크론의 대사
• 지단백질 중에서 가장 크기가 크고 중성지방이 많음
• 장에서 만들어지며, 혈중에서는 특히 식사 후에 증가함
• 보통 식후 30분~3시간 사이 혈중 농도 최고치
• 장에서 만들어진 키엘로마이크론은 apoB48 & apoAI → 림프계를 거쳐 혈액을 통해 이동하는 동안 apoAI
는 떨어져 나가고 HDL로부터 apoC & apoE 전달
• 지단백질 리파아제(LPL)의 작용을 받아 지방산과 다이아실글리세롤로 분해함 → 근육이나 지방조직으로 들
어감 → 에너지 생성과 중성지방으로 저장
• 중성지방을 내놓음에 따라 카일로마이크론 크기가 작아짐
• 중성지방의 양 ↓ → 콜레스테롤과 콜레스테롤 에스테르 함량의 비율이 높은 카일로마이크론 잔여물이 됨
• 간 조직에는 LPL이 없어 카일로마이크론에 있는 중성지방을 제거 못함
• 카일로마이크론 잔여물에 대한 수용체가 있어 카일로마이크론 잔여물을 혈중에서 제거 → 그 안에 있는 중
성지방과 콜레스테롤을 제거하게 됨

 

(2) VLDL의 대사

• 간에서 생성, 체내에서 합성된 중성지방을 조직으로 운반함
• 간의 골지체에서 생성된 VLDL → apoB100과 약간의 apoC
• 간에서 나와 혈중으로 돌아온 VLDL은 HDL로부터 apoC, apoE를 전달받음
• VLDL도 LPL의 작용에 의해 내부에 있는 중성지방이 가수분해 → 근육과 지방조직에 지방산, 다이아실글리
세롤을 공급
• 중성지방 분해 → VLDL 크기 ↓ → apoC가 떨어져 나감
• 중성지방의 양이 줄어든 VLDL의 일부는 간에서 LDL수용체에 의해 제거(apoE, apoB100이 인식)
• 일부는 LPL에 의해 중성지방이 더 감소되어 중성지방의 함량은 낮고 콜레스테롤과 콜레스테롤 에스테르가
주요 지질인 LDL로 전환

 

2. 지방산의 산화
• 호르몬 민감성 리파아제(HSL)가 작용을 하면 중성지방의 1 또는 3 탄소에 붙어 있던 지방산이 가수분해되
어 유리 지방산의 형태로 떨어져 나오게 됨
• 유리 지방산이 혈액 내의 알부민과 결합하여 지방산을 에너지원으로 사용하는 조직으로 이동하게 됨
• 지방산은 세포 내로 들어와 → 세포질에서 지방산 아실 CoA의 형태로 활성화된 후 → 카르니틴에 결합 →
수송단백질을 통해 미토콘드리아 내막을 통과 → 미토콘드리아 내로 들어옴
• 지방산 아실 CoA는 미토콘드리아의 기질 내에서 일어나는 β-산화 과정을 거쳐 → 카르복실기로부터 탄소
두 개 단위로 떨어져 나감 → 아세틸 CoA를 생성 → 이는 구연산회로를 통해 산화되면서 에너지를 발생시
킴
※ 지단백질 리파아제
- 지단백질 안에 있는 중성지방을 지방산과 글리세롤로 분해

- 지방조직과 근육의 모세혈관에 존재
- 지단백질 표면에 있는 apoCII에 의해 활성화됨
- 식사를 통해 섭취하거나 간에서 생성된 중성지방을 간 이외의 조직에서 이용하는데 작용함
※ 호르몬 민감성 리파아제
- 지방세포 안에 있는 중성지방을 지방산과 글리세롤로 분해
- 지방세포의 세포질에 있다가 지방방울 표면으로 이동하여 중성지방을 분해
- 에피네프린과 글루카곤에 의해 활성 증가
- 지방조직에 저장된 중성지방을 분해하여 다른 조직에서 이용될 수 있도록 하는 데 작용함

 

1) 지방조직으로부터 지방산의 유리
• 지방조직에 저장된 중성지방에서 → 지방산이 유리되는 것은 호르몬의 영향을 받음
• 에피네프린, 글루카곤은 HSL을 활성형인 인산화 형태로 전환 → 지방세포로부터 중성지방의 가수분해가 증
가하게 함 → 혈중 지방산의 농도, 간과 근육조직에서의 지방산 산화 ↑
• 혈중 인슐린, 포도당 농도 ↑ → 지방산 유리 억제
• 유리 지방산은 알부민과 결합되어 혈액 내에서 이동하다가 세포막을 통과하여 세포 내로 들어오게 됨

 

2) 지방산의 활성화 및 미토콘드리아 안으로의 이동

• 아실 CoA 합성효소는 미토콘드리아의 외막, 소포체, 퍼옥시좀과 결합되어 있으며, 포화지방산 & 불포화지
방산 모두에 작용할 수 있고, 지방산의 사슬 길이에 따라 특이성이 다른 몇 가지 효소가 존재함
• 세포 내로 들어온 지방산(탄소 10개 이상의 지방산)은 세포질에서 아실 CoA 합성효소에 의해 작용됨
• 지방산의 카르복실기 + 조효소 A의 황화수소기 사이에 티오에스테르 결합 형성 → 아실 CoA 형태의 활성
화된 지방산이 됨
• 이 반응에서 ATP가 사용되어 AMP와 피로인산으로 전환
• 세포질에서 활성화된 지방산 → 미토콘드리아 내막 통과 → β-산화과정에서 의해 대사됨
• 긴사슬 지방산 아실 CoA는 미토콘드리아 내막을 직접 통과할 수 없음 → 카르니틴의 도움을 받아 아실카르
니틴 형태로 통과
• 아실 CoA + 카르니틴 아실전이효소 I → 아실 카르니틴으로 전환
• 아실 카르니틴 + 카르니틴/아실 카르니틴 수송 단백질(카르니틴 전위효소) → 미토콘드리아 내막 안쪽으로
수송
• 아실 카르니틴 + 카르니틴 아실 전이효소 II → 아실 CoA + 카르니틴으로 전환
• 카르니틴 + 카르니틴 전위효소 → 세포질로 이동
• 탄소 10개 이하의 자방산은 카르니틴의 도움 없이 미토콘드리아 내로 들어올 수 없음
• 탄소 10개 이하의 지방산은 세포질이 아니라 미토콘드리아 내에서 아실 CoA로 활성화됨

 

3) 지방산의 산화
(1) 포화지방산의 β-산화

• β-산화에서는 4개의 반응을 통해 지방산 아실 CoA의 카르복실기 끝으로부터 탄소 2개가 아세틸 CoA의
형태로 떨어져 나가고 탄소 2개만큼 짧아진 지방산 아실 CoA가 다시 β-산화를 거치게 됨
• 포화지방산은 (탄소수/2)-1 회의 β-산화과정을 거쳐 탄소 수/2개의 아세틸 CoA를 생성하고, 각 β-산화 과
정에서 1개씩의 FADH2와 NADH를 생성함
① 아실 CoA 탈수소효소의 작용에 의한 트랜스 α, β 이중결합의 생성

• 탈수소화 : 트랜스 α, β 이중결합 생성
• 효소에 결합된 FAD가 FADH2로 환원
• 생성된 FADH2는 전자전달계에 전달되어 ATP를 생성
② 에노일 CoA 수화효소의 작용에 의한 β-하이드록시아실 CoA 생성

• 수화 : 이중결합의 β 위치에 -OH 첨가
• 에노일 CoA 수화효소의 작용에 의해 생성되는 β-하이드록시아실 CoA는 L형
③ L-하이드록시아실 CoA 탈수소효소의 작용에 의한 β-케토아실 CoA의 생성

• 탈수소화 : β 위치에 케토형태 생성
• NAD+가 NADH로 환원
• 생성된 NADH는 전자전달계에 전달되어 ATP를 생성
④ 티올라아제의 작용에 의한 아세틸 CoA와 탄소 2개가 짧아진 지방산 아실 CoA의 생성

• 절단 : α, β-탄소 간 결합이 끊어짐
• 아세틸 CoA가 떨어져 나온 뒤에 CoASH가 티올라아제의 티올기와 치환되면서 지방산 아실 CoA가 형성됨
• 에노일 CoA 수화효소, 하이드록시아실 CoA 탈수소효소, 티올라아제는 미토콘드리아 내막에 다중효소복합
체의 형태로 존재함
• 한 개의 아세틸 CoA는 구연산회로를 통해 1개의 FADH2, 3개의 NADH 및 1개의 GTP를 생성
• 결과적으로 탄소 18개의 탄소를 가진 스테아르산이 산화되면 120 ATP가 생성하게 됨

(2) 불포화지방산의 산화

• 시스 형태의 이중결합과 이중결합의 위치 때문에 β-산화과정에서 작용하는 에노일 CoA 수화효소가 작용하
지 못함
• 에노일 CoA 대신 → 에노일 CoA 이성질화효소와 2,4-다이에노일 CoA 환원효소의 도움을 받아 진행함
• 이는 에노일 CoA 수화효소가 α, β 이중결합에만 특이적으로 작용하기 때문
• 불포화지방산에 원래 있던 이중결합 때문에 FADH2가 생성되는 아실 CoA 탈수소효소과정을 한번 건너뛰게
됨 → 포화지방산의 산화에 비해 ATP가 덜 생기게 됨
(3) 홀수 지방산의 산화
• 간혹 식물이나 해양 생물에서 생성됨
• β-산화되면 마지막에 아세틸 CoA가 아닌 프로피오닐 CoA가 생기게 됨
• 탄소수(-3)/2개의 아세틸 CoA와 1개의 프로피오닐 CoA 생성
• 프로피오닐 CoA는 숙시닐 CoA로 전환되어 구연산회로에서 대사됨
• 그러나 숙시닐 CoA가 바로 구연산회로에서 대사되는 것이 아님
• 구연산 회로에서 전환 → 말산이 세포질로 나와 피루브산이 되고 → 다시 아세틸 CoA가 되어 구연산회로에
서 대사되는 과정
(4) 퍼옥시좀의 β-산화
• 탄소 수 22개 이상의 지방산은 일차적으로 퍼옥시좀 막의 수송 단백질에 의해 퍼옥시좀으로 들어가서 퍼옥
시좀 내에 있는 매우 긴 사슬 지방산 아실 CoA 합성효소에 의해 활성화된 후 산화
• 결과적으로 생긴 탄소 수가 적어진 지방산이 미토콘드리아로 이동하여 β-산화가 일어남
• 퍼옥시좀에서 일어나는 β-산화와 미토콘드리아에서 일어나는 β-산화는 그 첫 번째 과정에서 차이가 있음
• 퍼옥시좀 : 아실 CoA + 아실 CoA 산화효소 트랜스-∆2-에노일 CoA 생성
• FAD가 보조인자로 작용하기는 하나 전자가 전자전달계로 전달되지 않고 바로 산소로 전달되어 과산화수소
가 생성 → 퍼옥시좀 카탈라아제의 작용에 의해 과산화수소는 물과 산소로 전환됨
• 퍼옥시좀에 있는 티올라제는 탄소 8개 이하의 아실 CoA에는 작용을 하지 못하기 때문에 탄소 수가 작아진
지방산은 미토콘드리아로 이동하여 산화됨
(5) 곁가지 지방산의 α-산화
• 곁가지가 있는 지방산의 경우 바로 β-산화가 일어나지 못함
• 퍼옥시좀에서 α-산화와 β-산화를 통해 대사가 이루어짐
(예) 피탄산(phytanic acid) : 클로로필 대사과정에서 생기는 물질 → 반추동물로부터 얻는 지방과 유제품
등에 존재
• 피탄산이 산화되면 2-메틸-프로피오닐 CoA, 아세틸 CoA 및 프로피오닐 CoA가 생성됨
4) 지방산 산화의 조절
• 혈중 유리지방산의 농도에 의해 조절됨
• 혈중 유리지방산의 농도는 호르몬 민감성 리파아제의 작용에 의해 지방조직으로부터 유리되어 나오는 지방
산의 영향을 받음
• 글루카곤 또는 에피네프린 → 지방세포에서 cAMP의 농도 ↑ → 단백질 키나아제 A에 의해 호르몬 민감성
리파아제(HSL)의 인산화 → HSL 활성화
• 인산화에 의해 호르몬 민감성 리파아제의 활성이 증가됨
• 호르몬 민감성 리파아제의 작용에 의해 지방조직으로부터 지방산의 유리, 혈중 유리 지방산 증가 → 간과
근육에서 β-산화가 증가
• 간에서 β-산화과정을 통해 과다하게 생성된 아세틸 CoA는 케톤체를 생성함
• 지방산 생합성 과정의 첫 번째 중간대사물인 말로닐 CoA(지방산 생합성 과정의 첫 번째 중간대사물) 의 농도도 지방산의 산화를 조절함
• 말로닐 CoA 생성→ 아세틸 CoA 카르복실화효소의 작용에 의해 이루어짐
• 세포질 내의 말로닐 CoA 농도 ↑ → 카르니틴 아실 전이효소 I 작용 억제 → 지방산이 미토콘드리아 내로
적게 이동 → 결과적으로 지방산의 β-산화 ↓
• 지방산의 합성 & 산화가 동시에 일어나지 않도록 조절함

 

3. 케톤체의 생성과 이용
• 케톤체 : 아세토아세트산, β-하이드록시부티르산, 아세톤
• 간의 미토콘드리아에서 아세틸 CoA로부터 생성됨
• 혈액 → 말초조직 → 에너지원으로 사용됨
• 심장과 근육에서 주요 에너지원으로 사용되며, 포도당이 부족할 때는 뇌조직에서도 중요한 에너지원으로 이
용됨
• 수용성, 혈액 내에서 다른 물질에 결합되지 않은 자유 형태로 이동할 수 있음

 

1) 케톤체의 생성

• 간에서 생성
• 기아 시와 같이 체내 포도당 농도가 낮아졌을 경우, 당뇨병이 심해 혈중 포도당 농도는 높으나 조직으로 포
도당이 들어가지 못할 경우 → 지방산의 산화로 생성된 아세틸 CoA의 농도가 높아져서 일어남
• 아세틸 CoA 농도 증가 → 피루브산 탈수소효소 키나아제 활성화 → 피루브산 탈수소효소의 인산화 활성 저
하, 즉 피루브산이 아세틸 CoA로 전환되는 정도가 감소함
• 아세틸 CoA에 의해 피루브산 카르복실화효소 활성 증가 → 피루브산이 옥살아세트산으로 전환되어 당신생
에 이용할 수 있음
• 결과적으로 지방산이 산화 → 아세틸 CoA 농도 증가 → 케톤체 생성 → 뇌조직과 같이 포도당을 필요로 하
는 조직에서 케톤체를 에너지원으로 이용, 간에서는 당신생이 증가하여 체내 포도당을 유지하는데 도움을
줌
• 두 개의 아세틸 CoA가 티올라제의 작용에 의해 결합 → 아세토아세틸 CoA가 생성 → 또 한 개의 아세틸
CoA와 결합 → β-하이드록시-β-메틸 글루타릴 CoA(HMG CoA)를 생성
• 이 과정에서 HMG CoA 합성효소가 작용함

 

2) 케톤체의 이용
• 케톤체 중에서 아세토아세트산과 β-하이드록시부티르산 → 혈액을 통해 근육, 심장, 뇌 및 신장 등 다른 조
직으로 이동 → 미토콘드리아 내에서 아세틸 CoA를 생성하여 에너지원을 제공함
• 간에서는 β-케토아실 CoA 전이효소가 없어 케톤체를 이용하지 못함

 

4. 지방산의 생합성

• 체내에서 이용되는 지방산의 상당량은 식사를 통해 섭취하는 지방으로부터 공급
• 체내에서 합성되지 못해 식사를 통해 섭취해야 하는 필수지방산 → 리놀레산(linoleic acid), α-리놀렌산(α
-linolenic acid)를 제외하고 대부분의 지방산들이 체내에서 합성될 수 있음
• 지방산의 생합성은 아세틸 CoA에 탄소 2개 단위씩 결합하여 이루어짐
• 지방산의 길이를 늘려 나가는 과정은 말로닐 CoA의 형태로 탄소 2개가 전달되고 이산화탄소가 떨어져 나가
는 반응에 의해 일어남
• 합성은 간, 지방조직, 유선에서 일어나며, 세포 내의 세포질에서 이루어짐
• 지방산 합성 과정의 대부분을 담당하는 지방산 합성효소는 다중효소복합체로 동일한 폴리펩티드 두 개로 이
루어져 있으며 여러 가지 효소 작용을 함
• 1개의 폴리펩티드 = 7개의 효소 활성을 가지고 있음

• 아세틸기와 아실기가 결합하게 되는 4‘-포르포판테테인이 있는 부분이 있음
• 아세틸기가 지방산 합성효소에 있는 아실운잔단백질(ACP) 부분의 4‘-포르포판테테인에 결합 → β-케토아실
합성효소의 시스틴 잔기에 있는 티올기로 잠시 옮겨감
• 말로닐 CoA가 4‘-포스포판테테인에 결합 → 아세틸기와 말로닐 CoA의 탄소 2개 단위가 결합하는 반응을
반복하면서 지방산의 길이를 늘려감

 

1) 지방산의 생합성 과정

(1) 미토콘드리아에서 세포질로 아세틸 CoA의 이동
• 대부분의 아세틸 CoA는 미토콘드리아에서 생성됨
• 포도당의 산화, 지방산의 산화, 케톤체의 대사 및 일부 아미노산의 대사과정에서 아세틸 CoA가 생성됨
• 아세틸 CoA는 CoA부분 때문에 미토콘드리아막을 건너가지 못함
• 잉여의 아세틸 CoA가 세포질로 이동하여 지방산 합성에 이용되어야할 경우, 아세틸 CoA가 옥살아세트산과
결합하여 구연산의 형태로 전환되어 미토콘드리아 밖으로 나오게 됨
• 구연산이 미토콘드리아 밖으로 나오는 것은 미토콘드리아 내의 구연산 농도가 높을 때
• ATP가 충분할 경우 구연산으로부터 α-케토글루타르산 생성
(2) 아세틸 CoA 카르복실화효소의 작용에 의한 아세틸 CoA로부터 말로닐 CoA의 생성

• 지방산 생합성에서 첫 번째 단계는 아세틸 CoA가 아세틸 CoA 카르복실화효소의 작용에 의해 말로닐 CoA
가 되는 것
• 두 단계의 과정으로 일어남
• 1단계 : 카르복실화효소의 리신 잔기에 결합되어 있는 조효소인 비오틴이 카르복실화
• 2단계 : 아세틸 CoA가 비오틴에 결합되어 있는 카르복실기를 전달받아 말로닐 CoA를 생성
• 아세틸 CoA 카르복실화효소에 의해 말로닐 CoA가 생성되는 과정은 지방산의 생합성에서 중요한 조절 반응
으로서 여러 가지 방법에 의해 조절됨
(3) 지방산 합성효소의 작용

• 지방산 합성효소(FAS) 작용에 의해 팔미트산이 생성되는 과정은 7단계의 효소 반응에 의해 일어남
• 지방산 생합성 사이클에서 각 1분자의 H2O가 생성
• 팔미트산이 생성되기 위해서는 7번의 사이클을 거쳐야 됨에도 불구하고 물이 6분자 생성되는 것은 7회의
사이클 후, 팔미토일-ACP로부터 팔미트산이 떨어져 나올 때 H2O가 사용되기 때문 → H2O는 6분자 생성
① 아세틸 CoA의 아세틸기가 지방산 합성효소의 아실운반단백질(ACP)에 결합(아세틸 CoA-ACP 아실 전이효
소의 작용)
② ACP에 결합되어 있던 아세틸기가 β-케토아실 합성효소의 시스틴 잔기에 있는 -SH기로 이동
③ 말로닐 CoA가 ACP에 결합
④ 말로닐 CoA에서 CO2가 떨어져 나옴 → 이 때, ACC의 작용에 의해 아세틸 CoA에 결합되어져 있던 것
⑤ ACP에 결합되어 있는 케토아실기가 β-케토아실 환원효소의 작용에 의해 환원(NADPH)되어 D-β-하이드록
시부티릴-ACP가 됨
⑥ β-하이드록시아실-ACP 탈수소효소의 작용에 의해 물 분자가 빠져나오면서 탄소 2번과 3번 사이에 이중결
합이 생겨 α, β-트랜스-부테노일-ACP가 생성됨
⑦ 에노일-ACP 환원효소의 작용에 의해 환원(NADPH)되어 아실기로 전환 → 부티릴-ACP가 생성
⑧ 탄소 4개의 아실기가 β-케토아실 합성효소의 시스틴 잔기에 있는 -SH기로 이동하고 ACP에 말로닐 CoA
가 다시 와서 결합하면서 다시 위와 같은 반응을 반복하여 탄소 6개의 아실기를 생성함
⑨ 7회의 사이클을 거치면 탄소 16개의 팔미토일-ACP가 생성, 팔미토일 티오에스터라아제의 작용에 의해 팔
미토일기가 ACP로부터 떨어져 나와 팔미트산이 생성됨. 이 때, 한 분자의 H2O가 필요함

• 아세틸 CoA로부터 말로닐 CoA가 생성되고, 아세틸 CoA와 말로닐 CoA로부터 지방산이 생성되는 전체 반
응식을 팔미트산을 예로 들면 다음과 같은 반응식이 일어남

 

2) 지방산 생합성의 조절
(1) 아세틸 CoA 카르복실화효소(ACC)의 조절
• ACC는 지방산의 생합성에서 속도조절단계에 작용하는 효소
• 생리적 · 환경적 변화에 반응하여 지방산의 합성을 조절하기위해 그 활성이 몇 가지 다른 기전에 의해 조절
됨
- 다른자리입체성(알로스테릭)조절
- 인산화에 의한 조절
① 다른자리입체성(알로스테릭)조절
• 구연산은 ACC의 활성, 효소 활성 최대 속도를 증가시킴, 효소 활성 억제제의 결합을 막고, 중합체가 형성
되도록 함
• 미토콘드리아 내의 아세틸 CoA의 농도 증가 → 세포질 내의 구연산의 농도 증가 → 지방산 생합성 증가
• 지방산 합성 과정의 산물인 긴 사슬 아실 CoA는 ACC의 활성을 억제함
② 인산화에 의한 조절
• ACC는 인산화가 되면 불활성화가 되고, 탈인산화가 되면 활성형이 됨 → 호르몬에 의해 조절
• ACC를 인산화 시키는 호르몬 : 글루카곤, 에피네프린, AMP에 의해 활성화되는 키나아제(AMPK)
• AMPK는 기아 시, 운동할 때, 저산소증이 있을 때 활성화 → 이화작용 촉진, 동화작용 억제시킴
• 세포 내 에너지가 낮아짐 → AMPK 활성화 → ACC 인산화 → ACC 활성 감소 → 지방산 합성이 작아짐
(2) 지방산 생합성에 관여하는 효소의 발현 조절
• ACC와 FAS의 발현은 호르몬, 열량 섭취에 의해 조절될 수 있음
• 고당질식을 장기간 섭취 → 지방산 생합성에 관여하는 효소의 양이 간에서 증가
• 열량이 적은 식이 섭취, 기아 시, 다가 불포화지방산 섭취 시 → 효소들의 양 감소

 

3) 지방산의 연장과 불포화지방산의 합성
(1) 지방산의 연장
• 세포질에서 지방산 합성효소(FAS)에 의한 반응에서 생성되는 것은 탄소 16개의 팔미트산임
• 탄소 16개보다 더 긴 지방산은 팔미트산에 탄소 2개씩을 덧붙이는 반응에 의해 만들어짐 → 활면소포체, 미
토콘드리아에서 장쇄화효소의 작용에 의해 일어남
• 활면소포체 : 탄소 2개가 말로닐 CoA와의 탈탄산반응에 의해 공급 → 지방산 생성효소의 반응과 유사
• 미토콘드리아 : 직접 아세틸기가 더해짐 → 지방산의 β-산화의 반대과정과 비슷
(2) 불포화지방산의 합성
• 불포화지방산의 생성은 소포체의 막에서 탈포화효소의 작용에 의해 포화지방산에 이중결합이 만들어져서 일
어남
※ 탈포화효소 : 비헴철(non-heme iron)을 가지고 있는 막효소, 전자전달계 시스템의 일부
• ∆9-, ∆6-, ∆5-, ∆4-지방산 아실 CoA 탈포화효소가 있으며, C9 위치 이 후에는 이중결합을 만들 수가 없음
• 올레산(18:1 ∆9)의 합성은 가능, 리놀레산(18:2 ∆9,12)의 합성은 불가능
• 식사로부터 섭취한 리놀레산과 α-리놀렌산은 장쇄화효소와 탈포화효소의 작용에 의해
• 리놀레산 → γ-리놀렌산과 아라키돈산으로 전환될 수 있음
• α-리놀렌산 → EPA와 DHA로 전환될 수 있음

 

5. 복합지질의 대사
• 복합지질은 골격구조에 지방산이 공유결합된 것

• 글리세롤지질(글리세롤 골격구조), 스핑고지질(스핑고신 골격구조)

• 생물체에 의해 합성 or 섭취한 대부분의 지방산은 에너지 저장을 위한 중성지방으로 되거나 세포막 인지질
구성성분으로 결합됨
• 생물체의 빠른 성장 동안 새로운 막의 합성 → 막 인지질의 생성을 필요로 함
• 활발하게 성장 X, 지방산 공급이 많을 때 → 대부분 지방으로 저장
• 두 경로(글리세롤인지질, 트리아실글리세롤)는 공통의 중간대사물, 즉 글리세롤의 지방 아실 에스테르의 생
성으로부터 시작함
1) 글리세롤지질의 생합성
• 해당과정의 대사산물인 다이하이드록시아세톤인산(DHAP)로부터 → NAD와 연관된 글리세롤 3-인산 탈수소
효소의 촉매작용에 의해 → 글리세롤 3-인산이 생성됨
• 간, 신장에서 소량은 글리세롤키나아제에 작용에 의해 글리세롤이 인산화되어 형성됨
• 중성지질 생합성의 첫 번째 단계 : 글리세롤 3-인산의 2개의 하이드록시기 + 2분자의 지방산 아실 CoA와
의 아실화반응 → 다이아실글리세롤 3-인산(포스파티드산)을 생성함
(1) 중성지방(트리아실글리세롤, triacylglycerol)의 생합성
• 포스파디트산은 세포에 소량만 존재하지만 지질 생합성에서 중요한 중간물질로서 중성지질이나 글리세롤인
지질로 전환될 수 있음
• 진핵세포에서 포스파티드산은 다이아실글리세롤, CDP-다이아실 글리세롤로 전환될 수 있음 → 이 두 개의
전구체로부터 모든 다른 글리세롤인지질이 합성
• 다이아실글리세롤 : 트리아실글리세롤, 포스파티딜에탄올아민(PE), 포스파티딜콜린(PC)의 전구체
• 중성지방 → 주로 지방조직, 간 및 소장에서 합성되고 주요 에너지 저장물질로서 작용함
• 간과 지방 조직에서 중성 지방의 생합성 : 소포체의 세포질 표면에 결합된 효소인 다이아실글리세롤 아실전
이효소에 의해 일어남
• 식사로부터 온 중성지방 : 리파아제에 의해 → 2-모노아실글리세롤로 분해 → 아실화반응을 촉매하는 아실
전이효소에 의해 → 새로운 중성지방이 합성됨
(2) 글리세롤인지질(glycerophospholipid)의 대사
① 글리세롤인지질의 생합성
• 포스포파티딜에탄올아민(PE)의 생합성 : 에탄올아민의 인산화 포스포에탄올아민 형성 → CTP로부터 시티딜
기 이동에 의해 → CDP-에탄올아민, 피로인산(PPi) 생성 → 포스포에탄올아민 전이효소에 의해 → 포스포
에탄올아민을 다이아실글리세롤 골격에 연결
• 포스파티딜세린(PS)은 포스파티딜에탄올아민의 에탄올아민 세린으로 교환하는 반응에 의해 생성됨
• 포스파티딜콜린(PC)의 생합성 : 포스파티딜에탄올아민 생합성과정과 유사함
• 이 경로에서 필요한 모든 콜린은 식사로부터 얻어져야 함

• 진핵세포는 CDP-다이아실글리세롤을 경유 → 포스파티딜이노시톨(PI), 포스파티딜 글리세롤(PG) 및 카디오
리핀을 포함한 몇몇 다른 중요한 인지질을 합성함
• 포스파티딜이노시톨(PI) : 대부분의 동물 세포막에서 지질의 약 2~8%을 구성함
• 이노시톨-1,4,5-삼인산과 다이아실글리세롤을 포함한 PI의 분해 생성물 : 다양한 세포 신호전달과정에서 2
차 전령으로 작용함
2) 글리세롤 인지질의 분해
• 모든 조직과 체액에서 발견되는 포스포리파아제에 의해 글루세롤인지질의 포스포다이에스터 결합을 가사분
해하여 이루어짐
• 포스포리파아제의 종류에 따라 인지질 내에서 가수분해되는 부위가 다름
• 글리세롤인지질의 1번 또는 2번 탄소로부터 지방산이 떨어져 나가면 리소포스포글리세리드 생성(리소포스포
리파아제의 작용을 받게 됨)
• 포스포리파아제의 작용에 의해 전령으로 작용하는 물질(다이아실글리세롤, 이노시톨 1,4,5-삼인삼) 또는 전
령의 전구체 물질(아라키돈산, arachoidonic acid)이 방출됨
3) 스핑고지질의 대사
(1) 스핑고지질의 생합성
• 스핑고지질은 신경조직에 고농도로 존재
• 세라마이드(ceramide)는 모든 다른 스핑고지질의 기본 골격
• 스핑고미엘린 → 포스파티딜콜린으로부터 포스포콜린의 이동에 의해 생성
• 세라미드에 당뉴클레오티드로부터 당잔기가 전달되어 당화반응 → 세레브로시드를 생성
• 세린(serine)과 팔미토일 CoA의 축합반응과 중탄산염의 방출이 일어나는 첫 반응에는3-케트스핑가닌 합성
효소가 작용
• 다음 단계에서 케토스핑가닌이 탈포화되어 스핑가닌이 됨
• 스핑가닌은 아실화반응 → N-아실 스핑가닌 → 스핑가닌 부분이 탈포화되어 세라마이드를 생성함
(2) 스핑고지질의 분해
• 리소좀 효소인 스핑고미엘리나아제에 가수분해 → 포스포릴콜린을 제거 → 세라미드로 변함
• 세라미드 + 세라미드 분해효소 → 스핑고신 + 유리지방산으로 분해
• 세라미드, 스핑고신 → 세포 내 전령으로서 중요한 역할을 함
• 세라미드 : 스트레스에 대한 반응에 관여
• 스핑고신 : 단백질 키나아제 C의 활성을 억제함

 

<확인문제>

문제 1. 지방산의 연장, 장쇄화 과정에 대한 설명으로 옳은 것은?
① 세포질에서 지방산 합성효소에 의해 생성된 스테아르산으로부터 시작한다.
② 미토콘드리아에서는 아세틸기가 직접 더해져 지방산의 베타산화의 반대과정과 유사하다.
③ 활면소포체에서는 탄소가 3개씩 더해진다.
④ 미토콘드리아와 활면소포체에서 일어나는 연장과정은 동일하다.
정답 ②
문제 2. 다음 중 지방산의 생합성에 대한 설명으로 옳은 것은?

㉮ 지방산 생합성을 통해 8~12개의 사슬길이를 가진다.
㉯ 말로닐 CoA를 통해 지방산 사슬이 2탄소 단위씩 연속적으로 증가하는 과
정이다.
㉰ 지방산 환원반응의 환원제로 NADH가 사용된다.
㉱ 아세틸 CoA의 카르복실화 반응으로 말로닐 CoA가 생성된다.
① ㉮㉯㉰
② ㉮㉰
③ ㉯㉱
④ ㉮㉯㉰㉱
정답 ③

 

문제 3. 지방산 산화의 첫 단계는 미토콘드리아 밖에서 일어나며, 더 산화되기 위하여 미토콘드리아 안으로
들어가야 한다. 이런 이동은 특별한 운반계에 의해 일어나는데, 이 이동에 필요한 물질로 옳은 것은?
① 크레아틴
② 오르니틴
③ 카르니틴
④ 담즙산
정답 ③

 

문제 4. 탄소수가 18개인 스테아르산 지방산이 β-산화과정을 통해 최종생산물 아세틸-CoA로 될 때, 몇 개의
아세틸-CoA가 생성되는가?
① 1개
② 3개
③ 5개
④ 9개
정답 ④

 

문제 5. 다음 화합물 중 케톤체(ketone body)은 무엇인가?

㉮ 아세토아세트산 ㉯ β-하이드록시부티르산
㉰ 아세톤 ㉱ 에탄올

① ㉮㉯㉰
② ㉮㉰
③ ㉯㉱
④ ㉮㉯㉰㉱
정답 ①

 

문제 6. 다음 중 지단백질 밀도의 수치와 동맥경화와 관련있는 것으로 옳은 것은?
㉮ HDL의 상승 ㉯ HDL의 저하
㉰ LDL의 하강 ㉱ VLDL의 상승
① ㉮㉯㉰
② ㉮㉰
③ ㉯㉱
④ ㉮㉯㉰㉱
정답 ③