[생화학] 9.4 : 막지질(membrane lipid)과 신호지질(signaling lipid) - 3

 

 

 

이번 포스트에서는 스테롤(sterol)에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림은 sterol의 구조를 나타내주고 있음. 보면 한쪽 끝에 polar head group이 있고, 가운데에 거의 planar한 형태의 tetracycle 구조가 존재하고 있으며, 그 뒤에 hydrophobic한 alkyl side chain이 연결되어 있음. 참고로 이 때 polar head에 있는 OH는 다른 fatty acid와 연결된 채로 존재하게 될 수도 있음.

 

sterol의 일종인 cholesterol은 대부분의 eukaryote에서 발견됨. (다만 bacterial의 경우 발견되지 않음. 즉, bacteria의 막에는 cholesterol이 없음) 한편 mammal들은 food로부터 cholesterol을 얻거나, 혹은 liver에서 de novo synthesis할 수도 있음)

 

일반적으로 cholesterol은 protein과 bound된 채로 혈관을 타고 이동하여 tissue로 전달될 수 있음. 이 때 cholesterol-protein 복합체에는 크게 LDL과 HDL이 있는데, 이 중 LDL에 비해 HDL이 많을수록 더 좋음. 그런데 만약 LDL 수치가 높아진다면 혈관이 block되어 심혈관계 질환이 유발될 수 있음.

 

한편 많은 hormone들은 sterol의 derivative들임. 특히 sterol이 oxidize되어 만들어지는 derivative인 steroid가 hormone으로 기능할 수 있음. 이를 steroid hormone이라 함.

 

 

steroid hormone은 sex hormone을 포함하고 있음. 이 때 steroid hormone들은 cholesterol에 비해 보다 더 polar함. 그리고 이들의 경우에도 lipid이므로, 혈액을 통해 운반될 때 carrier protein과 결합된 형태로 운반되게 됨.

 

 

 

 

위 그림은 typical한 steroid hormone들을 보여주고 있음. 보면 모두 일반적인 sterol form에서 추가적으로 oxidize가 일어나 있음을 알 수 있음.

 

 

이 중 testosterone, β-estradiol은 대표적인 sex hormone이며, cortisol은 glucose metabolism에 중요한 hormone, aldosterone은 salt uptake에 중요한 hormone, brassinolide는 식물에 중요한 hormone임. 한편 prednisone, prednisolone은 synthetic steroid hormone임. 이들은 steroid 계열의 anti-inflammation drug에 해당함.

 

 

 

 

 

한편 signaling molecule로 작용하는 lipid들은 structural, storage lipid에 비해 적은 양 존재하고 있음. 다만 이들은 핵심적인 역할을 수행함. 이런 역할을 수행할 수 있는 대표적인 예가 바로 지용성 vitamin인 vitamin A, D, E, K임.

 

 

 

 

그리고 위 그림에 나타나 있는 eicosanoid 계열의 lipid들도 signaling lipid로 기능할 수 있음. 보면 일단 이 녀석들 모두에 있어서 전구체 역할을 하는 것은 arachidonate임. 이 녀석으로부터 prostaglandin, thromboxane, leukotriene 등이 합성될 수 있음. 이 중 prostaglandin은 inflammation에 중요하게 작용하며, thromboxane은 blood clot의 formation에 중요하게 작용함. 이 밖에 leukotriene은 아낙플락틱 shock과 관련되어 있어서 이 녀석이 지나치게 많이 분비될 시 천식 작용이 일어날 수 있음. 그 밖에 lipoxin 같은 경우에는 anti-inflammation에 중요하게 작용함. 이 때 이 녀석은 앞서 synthetic steroid 계열과 비슷하게 anti-inflammation 작용을 하지만 steroid 계열은 아니므로 non-steroid anti-inflammation drug로 사용될 수 있음. 구체적으로는 NSAID 성분의 drug, 예를 들어 에드빌, 아스피린과 같은 drug의 경우 처리 시 prostaglandin의 작용은 억제되고 lipoxin의 작용은 촉진되어 결과적으로 anti-inflammation이 일어나게 됨.

 

 

 

 

한편 위 그림에는 vitamin D의 합성 과정이 나타나 있음. 이 때 위 그림에도 나타나 있듯이 UV light가 skin에 쪼일 시 vitamin D가 합성됨. 한편 vitamin D의 이름을 보면 알 수 있는 것처럼 vitamin D는 Ca2+의 흡수를 도와주게 됨.

 

 

 

 

한편 위 그림은 vitamin A(retinol)의 합성 과정을 보여주고 있는데, 보면 β-carotene으로부터 vitamin A가 형성된다는 것을 알 수 있음.

 

 

일단 위 그림 맨 왼쪽의 β-carotene 구조를 보면 알 수 있듯이 isoprene unit이 계속 연결되어 있는 형태임. 이 때 중간에 cleavage site가 있는데, 이 부분이 cleavage될 시 위 그림 위쪽과 같이 retinal을 거쳐 retinoic acid가 형성될 수 있음. 이 녀석은 nuclear hormone receptor에 의해 인식되어 signaling을 전달할 수 있음. 특히 이 retinoic acid는 최근 anti-cancer drug의 효과가 있다는 사실이 입증되기도 함.

 

 

한편 retinal은 다시금 바뀌어서 vitamin A(루테인)으로 변환될 수 있고, 이 vitamin A는 다시 여러 과정을 거쳐서 retinal로 변화할 수 있음. 그 결과 이 retinal은 signaling lipid로써 로돕신과 같이 작용해 right sensing에 critical한 역할을 수행하게 됨.

 

 

 

 

한편 위 그림 왼쪽에 나타난 벽화에 표현되어 있는 질병이 rickets, 즉 구루병임. 이 병은 빛을 잘 받지 못해 vitamin D가 부족해서 생기는 병임. 그러므로 이런 병을 가지지 않기 위해서는 기본적으로 햇빛을 어느정도 쬐는 생활습관을 가지는 것이 좋음.

 

한편 위 그림 오른쪽에는 golden rice가 나타나 있음. 이 golden rice는 일종의 GMO인데, rice는 본래는 β-carotene을 합성하지 못함. (몇 개의 효소가 제대로 기능하지 못해 합성하지 못함) 그런데 이 rice를 genetically modify해서(2개 정도의 gene을 insertion) β-carotene을 합성할 수 있게끔 하면 위 그림 오른쪽과 같이 golden rice를 제작할 수 있음. 이런 golden rice는 β-carotene을 충분히 섭취하지 못하는 개발도상국 환자들에게 보급되어서 vitamin A 부족을 상당 부분 방지해줄 수 있음. (참고로 β-carotene은 우리가 스스로 만들 수 없기 때문에 반드시 섭취를 통해 얻어야 함)

 

 

 

한편 위 그림에 나타나 있는 vitamin E, K, 그리고 다른 lipid quinone들은 다 antioxidant로 작용할 수 있음.

 

 

 

 

이 중 vitamin E는 antioxidant로 작용할 수 있으며 tocopherol로도 불림. 이 녀석의 경우에도 isoprene unit이 여럿 모여있는 형태로 존재하며, 옆쪽에 있는 특정 구조가 electron을 quenching하는 것이 가능해서 antioxidant로 작용할 수 있음.

 

한편 vitamin K의 경우 blood-clotting cofactor로 작용하게 됨.

 

 

위 그림 맨 아래에 나타나 있는 Warfarin은 사실 lipid는 아니며, synthetic compound임. 이 녀석의 경우 anticoagulant로 기능할 수 있음. 그렇기에 thrombosis등을 예방하는데도 사용될 수 있고, 그 밖에 수술 동안 혈액이 응고되지 않게 하는 데에 사용될 수도 있음.

 

 

 

 

그리고 ubiquinone의 경우에도 앞서 말했던 것처럼 ETC에서 중요하게 작용할 뿐 아니라 antioxidant로도 기능할 수 있음. 한편 plastoquinone은 식물 version의 ubiquinone인데(chloroplast에서의 electron carrier로 기능), 이 녀석와 ubiquinone의 구조를 비교해보면 실제로 매우 유사하다는 것을 알 수 있음.

 

 

마지막으로 dolichol의 경우 isoprene unit을 바탕으로 sugar carrier로 기능할 수 있으며 이 녀석도 일종의 signaling lipid임. (이 녀석에 의해 ER에서 glycosyl 잔기가 protein으로 전달되는 것이 가능함)

 

 

 

위 그림에 나타나 있는 것은 polyketide로, 이들은 methylene group과 carbonyl group이 연결된 구조임. 이들은 natural하게 우리가 만들어낼 수 있는 화합물임.

 

 

보면 Erythromycin은 antibiotic하게 작용하는 signaling lipid이며, Amphotericin B는 antifungal한 작용을 하고, Lovastatin(statin)은 cholesterol 조절에 있어 상당히 중요하게 작용함. (cholesterol lowering drug으로 작용)

 

 

 

다음 포스트부터는 세포막과 세포막을 통한 수송에 대해 알아보자.