[생화학] 16.3 : fatty acid oxidation의 조절

 

 

이번 포스트에서는 fatty acid oxidation의 조절과정에 대해 알아보자.

 

 

 

 

dietary carbohydrate를 많이 섭취했을 때를 생각해보자. 이 경우 glucose의 양이 많을 것이고 이 녀석이 glycolysis, pyruvate dehydrogenase complex에 의해서 acetyl-CoA로 많이 변환될 것임. 한편 이 acetyl-CoA는 ACC(acetyl-CoA carboxylase)에 의해서 carboxylation되면서 malonyl-CoA로 변할 수 있는데, Malonyl-CoA는 fatty acid synthesis에 있어 매우 중요한 regulatory molecule로 작용해 결과적으로 fatty acid 합성이 촉진되게 됨. 그리고 ACC 자체의 활성은 hormone에 의해 조절받을 수 있는데 ACC는 phosphate가 붙어있을 시 inactive하고 떨어져있을 시 active함. 그런데 혈당량이 높아서 insulin이 많이 분비되는 상황이라면 phosphatase의 활성이 증가하고 그 결과 ACC에 인산기가 떨어져 활성화되게 됨. 그 결과 fatty acid synthesis가 촉진되는 것임. 한편 혈당량이 낮을 경우 glucagon 분비가 촉진되고 그 결과 PKA, AMPK 등이 활성화되어서 ACC를 인산화시켜 불활성화시키게 됨. 그 결과 fatty acid synthesis가 억제되게 됨.

 

 

한편 glucose 섭취량이 증가했을 때 많아지게 되는 malonyl-CoA는 carnitine acyl-transferase I의 활성을 inhibition하게 되고 그 결과 fatty acyl-CoA가 mitochondria 내로 들어가지 못하게 됨. 결과적으로 glucose의 양이 많을 시 fatty acid의 β-oxidation이 억제되게 됨. 이는 어찌보면 당연한데, glucose가 first energy source이므로 이 녀석이 많은 상황에서 굳이 β-oxidation을 통해 에너지를 얻는 과정이 일어날 이유가 없기 때문임.

 

 

 

 

위 그림에는 malonyl-CoA의 구조가 나타나 있으므로 참고할 것. (fatty acid synthesis에 대해서는 이후 chapter에서 본격적으로 다루어지게 될 것임)

 

 

 

한편 매우 흥미로운 사실 하나가 있는데, 동물세포에서는 대부분의 β oxidation이 mitochondria 내부에서 일어난다면 plant에서는 peroxisome 내부에서 일어나게 됨. (물론 germinating seed에서는 glyoxysome에서 이런 일이 일어나기도 함)

 

 

 

 

위 그림은 mitochondria와 peroxisome(or glyoxysome)에서 일어나는 β oxidation 반응을 비교해서 보여주고 있음. 자세히 살펴보자.

 

 

보면 일단 β oxidation 자체의 step과 mechanism은 완전히 동일함을 알 수 있음. 다만 크게 3가지 point에서 차이점이 발생함.

 

 

첫 번째 차이점은 FADH2가 생성되고 나서 일어나는 일인데, mitochondria에서는 생성된 FADH2가 전자전달계로 전자를 전달하고 energy가 생성되는 반면 peroxisome에서는 생성된 FADH2가 O2에 곧바로 전자를 전달해서 H2O2(peroxide)가 만들어지게 됨. 이후 H2O2는 다시 H2O와 1/2O2로 바뀌게 됨. 이 때 중요한 것은, 이 과정에서 energy가 생산되지 않는다는 것임. (그 대신 이 과정에서 heat이 생산됨)

 

 

두 번째 차이점은 NADH가 생성되고 나서 일어나는 일인데, mitochondria에서는 NADH가 전자전달계에 전자를 전달하고 결과적으로 energy가 만들어지게 됨. 그러나 peroxisome에서는 생성된 NADH가 쓰이지 않고 외부로 export되게 됨. 이 과정에서도 energy가 만들어지지 않음.

 

 

마지막 차이점은 최종적으로 만들어진 acetyl-CoA의 행방임. mitochondria에서는 만들어진 acetyl-CoA가 citric acid cycle로 들어가게 되지만 peroxisome에서는 만들어진 acetyl-CoA가 외부로 export되어버리게 됨. (이는 peroxisome, glyoxysome 내부에 citric acid cycle과 관련된 enzyme이 존재하지 않기 때문임)

 

 

 

결국 mitochondria 내에서 일어나는 β oxidation의 경우 energy 생산으로 이어지지만 peroxisome 내에서 일어나는 β oxidation의 경우 단순히 heat의 생산만 야기하게 됨.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 ketone body에 대해 알아보자.