[생화학] 20.2 : 지방산(fatty acid)의 생합성 - 3

 

 

 

이번 포스트에서는 지난 포스트에서 대략적으로 살펴본 반응들에 대해 하나하나 살펴보자.

 

 

 

 

처음에는 위 그림과 같이 acetyl-CoA에서 CoA가 떨어져나가면서 KS에 loading됨.

 

 

 

이어서 위 그림에 나타나 있는 것처럼 malonyl CoA에서 CoA가 떨어져나오며 ACP에 malonyl이 loading됨. 이 때 loading 과정을 촉진해주는 녀석이 malonyl/acetyl-CoA ACP transferase임.

 

 

 

이어서 위와 같은 condensation reaction이 일어남. 이 때 이 반응을 촉진해주는 효소는 β-ketoacyl-ACP synthase(KS)임.

 

 

 

 

다음으로 위와 같은 reduction이 일어남. 이 때 이 반응을 촉진해주는 효소는 β-ketoacyl-ACP reductase(KR)임.

 

 

 

 

다음으로 위와 같은 dehydration이 일어나며, 이 반응은 β-hydroxyacyl-ACP dehydratase(DH)에 의해 촉매됨.

 

 

 

 

이어서 위와 같은 reduction이 한번 더 일어남. 이 반응은 enoyl-ACP reductase(ER)에 의해 촉진됨.

 

 

 

 

다음으로 위와 같이 ACP에서 KS로의 growing chain transfer가 일어나게 됨. 이 때 작용하는 효소는 앞서 charging에 관여했었던 malonyl/acetyl-CoA ACP transferase임.

 

 

 

이제 16개 C로 구성된 palmitate가 합성되는 과정에서의 stoichiometry를 따져보자.

 

 

 

 

우선 이 synthesis를 위해 필요한 7개의 malonyl-CoA를 만드는 반응이 위와 같음. 이 과정에서 7분자의 ATP가 소모됨.

 

 

 

 

 

이어서 위와 같은 반응이 일어남. 이 때 1개의 acetyl-CoA와 7개의 malonyl-CoA가 input으로 들어가며, 총 7번의 round 하에서 총 (2x7=)14개의 NADPH가 소모되고, 7분자의 CO2가 방출됨.

 

 

 

결국 palmitate 한 분자의 합성 과정에서 총 14개의 NADPH, 7개의 ATP가 소모되는 것임.

 

 

 

 

그런데 animal cell의 경우 fatty acid synthesis가 cytosol에서 일어나므로 fatty acid synthesis를 위해 필요한 acetyl-CoA는 생성장소인 mitochondria로부터 cytosol로 transport되어야 함.

 

 

 

 

이 때 위와 같은 shuttle이 사용됨. 하나하나 살펴보자.

 

 

우선 cytosol에서 꽤나 abundant하게 존재하는 pyruvate는 mitochondria 내막의 pyruvate transporter를 통해 matrix로 이동할 수 있음. 이후 ATP가 한 분자 소모되며 oxaloacetate로 바뀜. 이어서 oxaloacetate는 acetyl-CoA 한 분자로부터 acetyl group을 제공받아서 citrate로 변환됨. 이 citrate는 물론 TCA cycle로 들어갈 수도 있지만 그 밖에 mitochondria 내막에 있는 citrate transporter를 통해 cytosol로 나갈 수도 있음. 이렇게 나간 citrate는 citrate lyase의 도움 하에 ATP 한 분자가 소모되고 acetyl-CoA가 빠져나가며 oxaloacetate로 다시 전환될 수 있음.

 

이렇게 해서 cytosol로 acetyl-CoA가 transport되는 것임. 한편 oxaloacetate는 malate dehydrogenase의 도움 하에 NADH 한 분자의 oxidation과 coupling되어서 malate로 변함. 이 malate는 곧바로 mitochondria 내막의 malate-\alpha-ketoglutarate transporter에 의해 matrix로 들어온 후 NADH의 regeneration과 coupling되어서 oxaloacetate가 될 수도 있고, cytosol에서 malic enzyme의 도움 하에 NADPH의 생성과 coupling된 반응에 의해 pyruvate가 될 수도 있음. 결국 이러한 acetyl-CoA의 shuttle 과정 전체에서 ATP 2분자가 소모됨.

 

참고로 energy가 아주 충분해서 acetyl-CoA의 양이 많아질 시 이 shuttling도 촉진됨. 이는 자연스러운데, energy가 충분할 시 acetyl-CoA의 cytosol로의 transport가 촉진되는데 이어서 지방으로 energy가 저장되게 될 것이기 떄문임.

 

 

 

다음 포스트에서는 fatty acid 생합성 과정의 조절에 대해 알아보자.