[생화학] 16.1 : 지방의 저장과 흡수

 

 

이번 포스트에서는 지방이 저장되고 흡수되는 과정에 대해 알아보자.

 

 

dietary triacylglycerol은 사람이 이용하는 전체 energy의 1/3을 제공함. 더 나아가서 mammalian의 heart, liver 등의 기관에서는 80% 정도의 energy needs가 fatty acid oxidation에 의해 공급됨.

 

 

 

 

그리고 grizzly bear와 같이 겨울잠을 자는 녀석들의 경우 에너지, 수분유지, 체온유지가 필수적인데, 이 때 fat이 상당히 중요한 역할을 함. (fatty acid oxidation 과정에서 energy를 얻고, 이 반응 과정에서 나오는 열을 이용해서 체온을 유지하고, oxidation에 의해 생겨난 electron carrier를 이용해 전자를 전달하는 과정에서 H2O가 생성되게 되어서 이를 이용해 수분을 유지함)

 

 

한편 낙타의 경우에 물을 많이 먹지 않아도 비교적 잘 살아나갈 수 있는데, 이는 낙타 혹 안에 들어있는 fatty acid가 산화되는 과정에서 앞서와 마찬가지로 H2O가 생성되기 때문임.

 

 

 

다음으로 fat과 polysaccharide를 간단히 비교해보자. 우선 fatty acid는 더 reduced된 상태이기 떄문에 carbon 당 carry할 수 있는 energy의 양이 더 많음. 그리고 fat은 물과 친하지 않아서 자기들끼리 lipid droplet을 형성해버리기 때문에 cytosol에서의 osmolarity를 증가시키지 않음. 게다가 fatty acid도 마찬가지로 물과 친하지 않으므로 더 적은 양의 물을 carry해서 weight이 덜 나간다는 특징도 있음. 그 밖에 fatty acid는 화학적으로 상당히 inert함. 그러다 보니 일반적으로 glucose와 glycogen은 short-term energy needs를 충족시키기 위해 많이 사용되고 fat은 보다 더 long-term(months) energy needs를 충족시키기 위해 많이 사용됨. (fat은 일반적으로 storage 측면에서는 상당히 좋으나 delivery 측면에서는 그다지 좋지 않음)

 

 

 

위 그림은 fat이 저장되는 대표적인 세포인 adipocyte와 이들이 모여 이루게 되는 adipose tissue를 나타내주고 있으므로 참고할 것.

 

 

 

이제 dietary fat이 우리 몸으로 어떻게 흡수되는지에 대해 본격적으로 알아보자.

 

 

 

 

이에 대한 모식도가 위 그림에 나타나 있음. 하나하나 살펴보자. 우선 fat이 입을 통해 들어오게 되면, intestine까지는 분해되지 않고 쭉 가게 됨. 한편 liver에서 합성되고 gallbladder에서 저장되고 있던 bile salt가 intestine으로 분비되어서 fat을 emulsify시켜주게 됨. (그럴 수 있는 이유는, bile salt가 양친매성 분자이기 때문) 이렇게 좀 fat이 느슨하게 존재하게 되면 비로소 intestinal lipase가 작용할 수 있게 되고, 그 결과 triacylglycerol이 분해되게 됨. (즉, macroscopic fat particle이 microscopic micelle로 분해되는 것)

 

이후 이들은 intestine의 epithelial cell로 흡수되는데, 흥미롭게도 흡수 과정에서 분해되었던 각각의 element들이 다시금 triacylglycerol로 재합성되게 됨. 이후 apolipoprotein(e.g. ApoC-II), cholesterol 등과 triacylglycerol이 뭉쳐져서 chylomicron이라는 구조를 형성하게 됨. chylomicron은 lymphatic system을 거쳐서 혈관계로 들어가게 되는데, 혈관을 떠다니다가 apolipoprotein, 그 중에서도 ApoC-II에 의해 활성화되는 lipoprotein lipase에 의해서 triacylglycerol이 fatty acid와 glycerol로 분해되게 됨.

 

이 상태로 세포 내로 흡수됨. 그런데 만약 세포가 myocyte와 같이 energy를 필요로 하는 녀석이라면 흡수된 fatty acid는 CO_2로 oxidation되면서 ATP를 생산하는데 쓰이고, 반면 adipocyte처럼 지방을 저장하는 기능을 하는 세포라면 fatty acid, glycerol이 다시금 합쳐져서 triacylglycerol 형태로 storage되게 됨.

 

 

 

 

 

위 그림은 chylomicron의 구조를 조금 더 자세히 나타내 보여주고 있음. 우선 막 바깥쪽에는 C-II, B-48, C-III와 같은 apolipoprotein들이 붙어있고 내부에는 triacylglycerol, cholesteryl ester들이 서로 packing되어서 존재하고 있음. 한편 이들의 막은 phoshpolipid가 monolayer를 이뤄 형성하고 있으며, 중간중간에 cholesterol도 박혀있는 형태임.

 

 

 

한편 위 그림에는 지방세포가 저장되어 있는 adipocyte에서부터 지방이 다른 조직으로 어떻게 동원될 수 있는지에 대한 기작이 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

 

위 그림에도 나타나 있는 것처럼 glucagon, epinephrine 등의 hormone이 adipocyte에 작용할 시 lipase가 activation되어서 lipid의 동원이 활발히 일어나게 됨. 일단 위 그림에는 glucagon이 나타나 있으므로 이에 대해 중점적으로 생각해보자. glucagon이 receptor에 결합하면 Gα가 activation되고 adenylyl cyclase가 활성화되어서 ATP가 cAMP로 바뀜. 그리고 cAMP는 PKA를 활성화시키게 됨. 활성화된 PKA는 다양한 단백질들을 인산화시킬 수 있음.

 

 

우선 이 녀석은 hormone-sensitive lipase(HSL)를 인산화시키게 되고, HSL은 인산화될 시 위 그림에도 나타나 있는 것처럼 adipocyte 내에 있는 lipid droplet 막에 가서 결합하게 됨. 그리고 PKA는 lipid droplet 막에 있는 Perilipin이라는 단백질도 인산화시킬 수 있는데, 이 녀석을 인산화시킬 시 원래 Perilipin과 같이 붙어있던 CGI-58이 release되어서 lipid droplet에 혼자 존재하던 ATGL(adipose triacylglycerol lipase)과 결합해 ATGL을 활성화시키게 됨.

 

그럴 시 결과적으로 ATGL에 의해 lipid droplet 내의 triacylglycerol이 diacylglycerol과 fatty acid로 분해되고, HSL에 의해서 diacylglycerol이 monoacylglycerol과 fatty acid로 분해되고, 마지막으로 lipid droplet 막에 있는 MGL(monoacylglycerol lipase)에 의해서 monoacylglycerol이 fatty acid와 glycerol로 분해되게 됨. 이런 과정에 의해 분해된 fatty acid는 혈관으로 나가 다른 조직으로 운반되게 됨.

 

다만 fatty acid는 지용성이기에 그냥은 운반될 수 없고, 혈중 존재하고 있는 carrier protein인 Serum albumin에 결합된 채로 운반됨. (참고로 serum albumin monomer당 10개의 fatty acid가 붙어 운반될 수 있음) 이렇게 fatty acid가 운반되다가, myocyte와 같이 fatty acid가 필요한 조직에 도달하게 되면 fatty acid transporter에 의해서 fatty acid가 세포 내로 들어오고, 이어서 fatty acid가 oxidation되면서 energy가 생산되게 됨.

 

 

 

 

위 그림에는 glycerol의 구조와 triacylglycerol의 구조가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

 

한편 위 그림에는 fatty acid의 구조가 나타나 있는데, 보면 한쪽 끝에는 carboxyl group이 존재하고 나머지 부분에는 hydrocarbon chain이 존재하는 형태임. 이 때 위 그림 (b)와 같이 중간에 double bond가 존재해서 꺾여있는 fatty acid가 있을 수도 있으며, 이러한 fatty acid를 unsaturated fatty acid라 부름. (이 경우 특히 monounsaturated fatty acid) 위 그림 (d)에서도 나타나 있는 것처럼 unsaturated fatty acid가 많을 시 이들간의 packing이 더 loose하게 일어나게 됨. 참고로 fatty acid는 일반적으로 4-36개의 carbon으로 이루어져 있으며, 대부분의 경우 even number의 carbon이 많이 관찰됨.

 

 

 

 

 

위 그림에는 lipid의 classification과 관련된 모식도가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

한편 fatty acid 명명법의 한 종류인 δ numbering 방법에 대해 배웠음. 한편 흥미롭게도 이 때 carboxyl group에 해당하는 1번 탄소를 제외하고, 2, 3, 4의 순서로 α, β, γ와 같은 식으로 명명함. 따라서 뒤이어 배울 β-oxidation은 β carbon에 oxidation이 일어나기에 그런 이름을 가지게 된 것임.

 

 

2024.11.11 - [전공자를 위한 생물학/생화학] - [생화학] 9.2 : 지질의 생물학적 기능 - 2

 

 

이에 대해 다시금 복습하고자 할 시 위 포스트를 참고할 것.

 

 

 

다음 포스트부터는 이들의 대사에 대해 조금 더 알아보자.