[생화학] 9.2 : 지질의 생물학적 기능 - 2

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에 이어서 지질의 생물학적 기능에 대해 알아보자.

 

 

우선 대부분의 lipid들이 가지고 있는 fatty acid에 대해 알아보자.

 

 

fatty acid는 4-36개의 C로 이루어진 hydrocarbon과 끝부분의 caarboxylic acid로 구성되어 있음. 이 때 흥미롭게도 자연계에서 관찰되는 거의 모든 fatty acid들의 carbon 갯수는 짝수임. 게다가 대부분의 자연계에서 발견되는 fatty acid들은 unbranched form임.

 

한편 fatty acid 중 hydrocarbon chain에서 double bond가 없는 경우 이를 saturated되었다고 표현함.

 

 

 

 

한편 위 그림 오른쪽과 같이 hydrocarbon chain 내에 double bond가 있는 경우 이를 unsaturated되었다고 표현함. 이 중에서도 double bond가 하나인 경우 monounsaturated되었다고, 여러개이면 polyunsaturated 되었다고 표현함.

 

 

참고로 이 때 위 그림에 나타나 있는 fatty acid chain 그 자체도 양친매성인데, 그 이유는 아래쪽 hydrocarbon chain의 경우 hydrophobic하지만 위쪽의 carboxyl group은 pH 7에서 - charge로 ionize된 채로 존재하기 때문에 hydrophilic하기 때문임.

 

 

 

다음으로 fatty acid의 nomenclature에 대해 알아보자. 이 때 꼭 알아둬야 할 명명법이 있는데, 바로 delta numbering임.

 

 

 

 

예를 들어 위 그림과 같은 fatty acid가 있다 해보자. 이 때 일반적으로는 carboxyl group을 맨 왼쪽에 둔 채로 C를 numbering하게 됨. 이 때 위 그림과 같이 9번, 10번 탄소 사이가 double bond로 연결되어 있다면 이 경우 9번 위치, 즉 double bond가 시작되는 위치를 naming 시 반영하게 됨. 그리고 전체 탄소의 갯수는 18개, double bond의 갯수는 1개이므로 이를 delta numbering으로 표현하면 18:1(Δ9)임. 참고로 이 때 double bond의 모양을 보면 이 녀석의 배향이 Cis이므로 이 녀석을 systematic name으로 표현할 시 cis-9-Octadecenoic acid라 부를 수 있음. (자연계에서 발견되는 대부분의 fatty acid double bond는 다 Cis 형태임)

 

 

다음으로 omega numbering에 대해 알아보자.

 

 

 

 

 

 

omega numbering은 위 그림과 같이 delta numbering에서와 반대 방향에서부터 C를 numbering하기 시작함. (오른쪽 끝의 methyl C를 1로) 이 때 numbering 과정에서 처음으로 double bond가 나오는 부분의 number를 ω 뒤에 붙여서 표기하게 됨. 그렇기에 위 그림에 나타나 있는 fatty acid는 ω3임. (이 때 3번 위치 이후에 다른 double bond가 있던 없던 omega numbering에서는 동일하게 ω3로 부르게 됨. (대표적인 예로는 ALA, DHA, EPA가 있음))

 

 

참고로 우리 몸에서는 ω3와 ω6의 balance, 혹은 ratio가 잘 맞아야 건강에 좋음. 그러나 미국의 경우 ω6가 ω3에 비해 몇십배 많은 식단을 섭취해서 문제가 많이 발생하곤 한다고 함.

 

 

 

위 표에는 각종 saturated acid들이 나타나 있음. 보면 이 경우 delta numbering으로 표현하더라도 n:0과 같은 식으로 표현됨을 알 수 있음. 특히 saturated fatty acid의 경우 chain의 C 갯수가 많아질수록, 즉 hydrocarbon의 길이가 길어질수록 melting point가 커지게 됨. 그리고 solubility를 봤을 때 water에 비해 지용성인 benzene에 더 잘 녹는다는 것도 알 수 있음. 참고로 위 자료를 봐도 자료상에 나와있는 모든 fatty acid가 다 짝수개의 C를 가지고 있다는 것을 알 수 있음. (그리고 위 그림을 보면 carbon chain의 수가 증가하면 할수록 solubility는 감소한다는 것 또한 알 수 있음)

 

 

 

 

다음으로 위 표에는 각종 unsaturated fatty acid들이 나타나 있음. (특히 위 표에는 polyunsaturated fatty acid들도 나타나 있음) 이 때 실제로 double bond의 갯수가 증가하면 할수록 melting point가 낮아짐을 알 수 있음.

 

 

 

 

이는 fatty acid들 간의 packing을 생각하면 이해가 쉬운데, saturated fatty acid들은 위 그림 왼쪽과 같이 다 단일결합으로 구성되어 있기에 freely rotate될 수 있지만 unsaturated fatty acid들은 위 그림 오른쪽과 같이 이중결합 부분이 존재하고, 이 이중결합 부분은 꺾여 있어서 이 부분이 packing에 방해요소가 될 수 있어서 unsaturated fatty acid의 melting point가 더 낮은 것임. 그러다 보니 대부분의 unsaturated fatty acid들은 oil 형태로 존재함.

 

 

 

 

실제로 이는 막을 봐도 알 수 있는데, 막에 unsaturated fatty acid가 많은 오른쪽의 경우 왼쪽에 비해 membrane packing이 잘 되지 않을 것이고 그 결과 막의 rigidity가 떨어져 melting point가 낮아지게 됨. (oil-like property를 가지게 됨)

 

 

 

실제로 위 자료를 보면 알 수 있겠지만 olive oil과 같은 liquid 형태의 fat은 unaturated fatty acid의 함량이 많은 반면 beef fat과 같은 hard solid fat은 unsaturated fatty acid의 함량이 상대적으로 적다는 것을 알 수 있음. 일반적으로 unsaturated fatty acid의 함량이 많아질수록, chain의 길이가 감소할수록 solubility가 증가함. 한편 chain length가 증가할수록, double bond의 수가 감소할수록 melting point는 더 높아짐.

 

 

방금 말한 것 처럼 cis fat의 함량이 많을수록 oil의 형태로 존재함. 그런데 oil의 상태는 보관하기에 안정하지 않고 쉽게 부패할 수 있음. 따라서 사람들은 이 cis fat의 double bond를 partial hydration시켜서 single bond로 바꾸고자 하는 시도를 했음. 즉, 보존을 오래하기 위해서 oil을 고체화시키고자 한 것임. 이러한 시도로 만들어진 대표적인 것이 바로 마가린임. 그런데 이런 고체화를 하는 과정에서, 자연계에서는 거의 발견되지 않는 Trans form의 trans-fat이 생겨버림. 이 trans-fat은 섭취 시 심혈관 질환에 걸릴 risk를 높이는 좋지 않은 성분임. 따라서 최근에는 oil 형태의 fat을 고체화시킨 화합물을 잘 사용하지 않음.

 

 

 

 

 

그럼에도 위와 같이 fast food의 대부분에는 trans fatty acid가 여전히 꽤나 함유되어 있음.

 

 

 

 

위 그림에는 8개 major한 biological lipid들의 category code가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 지질의 구조에 대해 알아보자.