[생화학] 16.2 : 지방 및 지질의 catabolism - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 지방 및 지질이 catabolism되는 과정들에 대해 상세히 알아보자.

 

 

우선 앞서 살펴봤던 과정에 의해 triacylglycerol이 분해되어 생긴 glycerol은 어떻게 energy 생산 반응으로 들어갈 수 있을까.

 

 

 

 

위와 같은 과정에 의해서 glycerol이 glycolysis로 들어갈 수 있음. 하나하나 자세히 알아보자.

 

 

우선 glycerol의 3번째 탄소 부분에 있는 OH에 phosphate가 붙어 glycerol 3-phosphate가 형성되는데, 이 과정에 관여하는 효소는 glycerol kinase임. 이렇게 형성된 L-glycerol 3-phosphate는 glycerol 3-phosphate dehydrogenase에 의해서 dihydroxyacetone phosphate로 oxidation되고, 이 과정에서 NADH가 생성됨. (실제로는 2번 탄소 부위가 alcohol에서 carbonyl로 oxidation됨) 이어서 dihydroxyacetone phosphate는 triose phosphate isomerase에 의해 isomerization되어서 D-glyceraldehyde 3-phosphate로 변하고 이 녀석이 glycolysis로 유입되게 됨.

 

 

 

그렇다면 fatty acid는 어떻게 될까. 이에 대해 지금부터 자세히 알아보자.

 

 

 

 

우선 fatty acid의 분해가 일어나기 위해서는 위와 같은 step이 필수적으로 일어나야 함. 이에 대해 먼저 알아보자.

 

 

보면 fatty acid의 carboxyl terminal 부분 1번 탄소(red로 표시)가 ATP의 α phosphate를 nucleophilic attack해서 pyrophosphate와 fatty acyl-adenylate가 만들어지게 됨. 이 과정에 관여하는 enzyme은 fatty acyl-CoA synthetase임. 한편 pyrophosphate는 inorganic pyrophosphatase에 의해서 2분자의 inorganic phosphate가 되게 되고 그 과정에서 -19kJ/mol의 free energy 차이가 발생하게 됨. (참고로 이 때 R은 hydrocarbon chain임)

 

 

한편 fatty acyl-adenylate에 CoA-SH의 S가 공격을 하게 되어서 AMP가 떨어져나가고 fatty acyl-CoA가 만들어지게 됨. 이 과정에서 관여하는 효소도 fatty acyl-CoA synthetase임. 이 과정 전체에 걸쳐서 생기는 free energy 차이는 -15kJ/mol임.

 

 

그렇다면 왜 이런 반응이 필요할까. 기본적으로 fatty acid는 상당히 안정한 화합물임. 따라서 이 녀석을 분해시키기 위해서는 S-CoA를 붙여 activation시키는 step이 무조건 있어야 하는 것임.

 

 

 

 

앞서 봤던 fatty acyl-CoA의 형성반응은 cytosol에서 일어났었음. 한편 fatty acid의 3번째 탄소가 oxidation되어서 acetyl-CoA가 만들어지는 \beta-oxidation은 mitochondria 내에서 일어남. 극히 일부 아주 작은(12C 이하의 크기) fatty acid는 mitochondrial membrane을 diffusion을 통해 자유롭게 뚫고 들어가지만, 대부분의 그보다 긴 fatty acid들은 acyl-carnitine/carnitine transporter를 통해 이동하게 됨.

 

 

 

 

위 그림에는 carnitine의 구조가 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

이제 acyl-carnitine/carnitine transport system에 대해 조금 더 자세히 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에 이와 관련된 모식도가 나타나 있음.

 

 

보면 cytosol에서 fatty acyl-CoA에서의 CoA가 carnitine으로 치환되어 fatty acyl-carnitine이 만들어지게 됨. 이 때 관여하는 효소는 outer mitochondrial membrane에 존재하는 carnitine acyltransferase I임. 한편 이렇게 해서 만들어진 fatty acyl-carnitine은 inner mitochondrial membrane에 있는 transporter를 통해 matrix로 들어오게 됨.

 

이후 fatty acyl-carnitine은 inner mitochondrial membrane에 존재하는 carnitine acyltransferase II에 의해서 다시 fatty acyl-CoA가 되게 됨. 이 과정에서 만들어진 carnitine은 앞서 봤던 transporter를 통해 다시금 outer membrane쪽으로 빠져나가게 됨. (그렇기에 이 transporter를 acyl-carnitine/carnitine cotransporter라 부르는 것임) 결과적으로 cytosol에 있던 것과 동일한 형태의 fatty acyl-CoA가 matrix 내에 만들어지게 된 것임.

 

 

 

다음 포스트에서는 본격적으로 fatty acid의 산화 과정에 대해 알아보자.