[생화학] 9.2 : 지질의 생물학적 기능 - 1

 

 

이번 포스트부터는 지질의 생물학적 기능에 대해 알아보자.

 

 

lipid는 생물체 내애서 다양한 역할을 수행할 수 있음. 일단 lipid는 energy를 저장하는 용도로 사용될 수 있음. lipid는 다른 biomolecule에 비해서 상당히 reduce된 compound이므로 산소를 가할 시 많은 energy를 생산하는 것이 가능함. (oil, fossil 등을 생각해보면 이해가 쉬울 것임) 그리고 lipid는 hydrophobic nature를 가지고 있기 때문에 상당히 dense하게 packing이 잘 된다는 특징도 가지고 있음.

 

다음으로 lipid는 environment를 insulation하는 역할도 할 수 있는데, 이는 lipid의 thermal conductivity가 낮기 때문임. 게다가 heat capacity가 높아 heat을 잘 absorb할 수 있음. 그 밖에 shock을 흡수하는 mechanical protection barrier의 역할도 수행 가능함.

 

다음으로 lipid는 water repellant로 기능할 수 있음. 이는 lipid가 가진 hydrophobic한 성질 때문인데, 이 덕분에 organism의 surface를 dry하게 유지시켜주기도 함. 한 예로 bird의 wetting을 방지하기 위해 새 깃털에 lipid가 많이 함유되어 있고, 그 결과 lipid에 의해 방수효과가 부여됨. 그 밖에 organism 내부에 있는 water가 evaporation을 통해 누출되어버리는 것을 방지해서 water를 유지하게끔 해주기도 함.

 

그리고 lipid는 Buoyancy(부력) control과 acoustics(고래와 같은 동물에서 sound를 내는 과정에서도 lipid가 중요)에 중요한 역할을 하기도 함.

 

이 외에도 lipid는 membrane structure를 이루는 데에 중요하고, enzyme의 cofactor(vitamin K, coenzyme Q 등)로도 작용 가능하며 signaling molecule로도 작용 가능하고(대표적인 것이 sex appearance와 관련된 lipid hormone임. 그 밖에 다른 paracrine hormone, growth factor, vitamin A, D와 같은 hormone precursor들도 lipid임) pigment로도 작용 가능하며(tomato, carrot, pumpkin, bird의 색과 관련된 많은 색소들이 lipid derivative) antioxidant로도 작용 가능(대표적인 예가 vitamin E)함.

 

 

 

 

 

위 그림에는 lipid가 pigment로 작용하는 것에 대한 예시가 나타나 있음. 보면 위 그림에 나타난 Canthaxanthin의 경우 bright red를 띄게끔 하고 Zeaxanthin은 bright yellow를 띄게 함. 이런 색소들은 위 그림 오른쪽에 나타나 있는 홍관조의 암수에 따라 다르게 나타나는데, 수컷의 경우 빨간색이 나타나고, 암컷의 경우 노란색, 혹은 brown 색이 나타남. 이 때 pigment로 작용하는 lipid의 구조를 보면 가운데에 unsaturated되어있는 긴 carotinoid 계열의 chain이 이어져 있음을 알 수 있음. 이 unsaturated chain을 통해 energy transfer가 쉽게 일어날 수 있고 그 결과 energy가 비교적 낮은 가시광을 받아도 가시광을 다시 emission할 수 있게 되는 것임.

 

 

이 때 홍관조와 같은 새들은 당근, 씨앗 등을 섭취한 뒤 장에서 이런 녀석들이 소화, 흡수되는 과정에서 lipid 성분을 추출해내고, 이 것을 다양하게 변형하여 위 그림 왼쪽과 같은 pigment lipid들을 만들어내게 됨.

 

 

 

다음으로 lipid의 classification에 대해 알아보자.

 

 

 

 

lipid의 대부분은 fatty acid를 포함한 복잡한 구조로 이루어져 있으며, 이 때의 lipid를 complex lipid로 통칭해서 부름. 물론 fatty acid를 포함하지 않는 cholesterol, vitamins, pigments 등도 lipid의 일종임.

 

 

 

위 그림을 보면 일단 lipid를 storage lipid, membrane lipid, 그리고 그 밖의 역할을 하는(signaling 등과 관련된) lipid로 나눌 수 있음. 이 중 storage lipid에는 triacylglycerol이 포함됨. 한편 membrane lipid는 크게 3가지 종류로 나누어지는데, 그 중 첫 번째 종류는 phospholipid임. phospholipid는 glycerol backbone을 가지고 있는 glycerophospholipid와 sphingosine을 backbone으로 가지는 sphingolipid로 나눌 수 있음. 이 때 phospholipid는 둘 다 phosphate를 가지고 있으며, phosphate 바깥에 각종 R group이 포함되어 있음. 이 때 R group이 붙는 방식은 R기의 종류에 따라 다른데, alcohol의 경우 OH 기반으로, Choline의 경우 amine group 기반으로 결합이 형성되게 됨. 참고로 이 때 sphingosine은 스핑크스에서 유래한 단어인데, 그 당시 sphingosine이 무엇인지 잘 몰라서 이렇게 이름붙였다고 함.

 

 

다음으로 membrane lipid 중 두 번째 종류는 glycolipid임. 이 경우 이름만 봐도 알 수 있는 것처럼 backbone에 당 잔기가 붙어있음. 이 때 backbone이 sphingosine인 경우 sphingolipid로 불릴 수 있으며, 이 경우 당 잔기에 별도의 phosphate는 붙어있지 않음. 한편 backbone이 glycerol인 경우에는 galactolipid, 혹은 sulfolipid라 불림. 이 때 sulfolipid라 불리는 이유는 이 경우 주로 sugar group 뒤편에 SO4 group이 붙어있기 때문임.

 

 

membrane lipid 중 마지막 종류는 Archaeal ether lipid임. 이 lipid는 고세균에서 발견되는 녀석인데, 모양을 보면 꽤나 complex하다는 것을 알 수 있음. 이 경우 흥미롭게도 glycerol backbone과 fatty acid chain 간의 연결이 ester bond가 아니라 ether bond(C-O-C)라는 특징이 있음.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.