[생화학] 9.4 : 막지질(membrane lipid)과 신호지질(signaling lipid) - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 막지질(membrane lipid)과 신호지질(signaling lipid)에 대해 알아보자.

 

 

membrane을 이루는 structural lipid는 polar head와 nonpolar tail(주로 polar head에 붙은 fatty acid)로 구성되어 있음. 이 때 polar head의 backbone 종류에 따라 membrane lipid의 종류가 나뉘어짐. 그리고 membrane lipid의 composition은 organism에 따라, 그리고 tissue에 따라서도 다 달라지게 됨.

 

 

우선 backbone이 glycerol인 glycerophospholipid에 대해 알아보자. (참고로 glycerophospholipid는 fatty acid를 포함한 개념임)

 

 

 

 

실제로 polar head를 구성하게 되는 glycerol backbone은 위와 같이 생김. 보면 glycerol 중 3번 C에 phosphate가 붙어있음을 알 수 있음. 이 때 phosphate group이 charged되어있기 때문에 이 부분이 polar한 성질을 띄게 되는 것임. 한편 3번 탄소에 phosphate가 달려 있으므로 1, 2번 탄소에만 추가적인 fatty acid가 달릴 수 있을 것임. 그 결와 이 경우에도 앞서와 같이 glycerol의 2번 탄소가 chiral해질 수 있게 됨.

 

 

 

위 그림에 나타나 있는 것이 glycerophospholipid의 general structure임. 보면 nonpolar한 2개의 fatty acid tail이 있으며(diacyl), polar한 head가 있음. 이 때 polar한 head에는 glycerol에 phosphate가 연결되어 있고 phosphate에 또 다른 head-group이 붙어있는 것을 알 수 있음. 이 X는 아래와 같이 다양할 수 있음.

 

 

 

 

일단 가장 기본적인 형태는 X로 H를 가지고 있는 phosphatidic acid임. 이 경우 pH 7에서 net charge가 -2이기도 하지만 H가 deprotonation될 시 -1의 net charge를 가질 수도 있음.

 

 

그 밖에 X에 따라 위와 같이 다양한 glycerophospholipid가 만들어질 수 있음. 이 중 특히 위 그림에 나타나 있는 phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate와 같은 녀석들은 signaling molecule로 작용함. 그리고 위 그림 맨 아래에 나타나 있는 것과 같이 X로 phosphatidyl-glycerol이 달려있는 경우 이 분자를 cardiolipin이라 함. 그 밖에 X로 glycerol이 하나 더 달려있는 phosphatidylglycerol, X로 serine이 달려있는 phosphatidylserine 등이 있음.

 

 

 

 

 

 

위 그림은 phosphatidylcholine의 구조를 보여주고 있음. 이 녀석은 대부분의 eukaryotic cell membrane에서 많이 발견되는 major component임. 다만 E. coli를 포함한 많은 prokaryote들은 이 lipid를 synthesize할 수 없음. 따라서 prokaryote의 대부분이 가진 membrane에는 phosphatidylcholine이 포함되어 있지 않음.

 

 

 

실제로 위 그림을 보면 phosphate group과 choline group이 서로 phosphodiester bond로 연결되어 있다는 것을 알 수 있음.

 

 

phosphatidylcholine을 포함한 많은 membrane lipid에서 fatty acid는 backbone과 ester bond로 연결되어 있음. 그런데 일부 lipid의 경우 ether bond로 연결된 경우도 있음. 이에 대한 대표적인 예가 바로 plasmalogen임. plasmalogen은 phosphatidylethanolamine과 상당히 비슷한 구조이나 linkage가 ether라는 차이점을 가지고 있음. 이 lipid는 척추동물의 heart tissue에서 상당히 많이 발견되며(heart phospholipid의 50%가 plasmalogen임) 이 lipid는 또한 일부 protozoa나 anaerobic bacteria에서도 발견됨.

 

 

이 녀석의 역할에 대해서는 아직 잘 알고있지 못한데, 다만 이 녀석은 ether linkage를 가지므로 몇몇 specific한 lipase를 제외한 common lipase에 대해서는 cleavage에 대한 resistance를 가지고 있음. 따라서 이런 특징이 membrane의 rigidity를 증가시켜주는 등 어떤 역할을 하지 않을까 하는 추측이 되고 있는 상황임.

 

 

 

 

위 그림이 plasmalogen의 구조임. 보면 2개의 fatty acid 중 한쪽이 ether bond로 연결되어 있음을 알 수 있음. 그리고 보통 이 ether linkage 바로 옆에 unsaturated carbon이 연결된 채로 존재함. 따라서 이 moiety를 ether-linked alkene이라 부름. 실제로 이 녀석의 구조는 ether linkage를 제외하고는 phosphatidylethanolamine과 매우 유사함.

 

 

 

한편 plasmalogen 외에도 ether lipid들이 존재하는데, 그 중 대표적인 것이 platelet-activating factor임.

 

 

 

 

이 녀석의 구조는 위와 같음. 보면 ether linkage를 가졌다는 것만 제외하면 phosphatidylcholine과 상당히 유사하다는 것을 알 수 있음. 다만 이 녀석의 경우 ether-linked alkane만 독특한 것이 아니라 나머지 한 부분에 fatty acid가 달려있지 않고 acetyl-ester의 짧은 polar group이 달려있다는 점도 독특함. 이 짧은 추가적인 polar group에 의해서 platelet-activating factor 자체의 polarity가 증가하게 됨.

 

 

 

platelet-activating factor는 가장 처음으로 identify된 signaling lipid임. 이 녀석은 백혈구에서 분비되어 blood platelet의 aggregation을 촉진시키는 역할을 하며, inflammation에서의 mediation에 중요한 역할을 함.

 

 

 

다음 포스트에서는 스핑고지질(sphingolipid)에 대해 알아보자.