[생화학] 20.2 : 지방산(fatty acid)의 생합성 - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 지방산(fatty acid)의 생합성 과정에 대해 자세히 알아보자.

 

 

fatty acid의 경우 한 번에 하나의 acetate unit(2C)이 첨가되는 반응이 반복해서 일어난 결과 합성될 수 있음. 이 때 새로 첨가되는 acetate unit은 malonate의 activation된 form인 malonyl-CoA로부터 제공됨.

 

 

 

 

malonyl-CoA의 구조는 위와 같음. 보면 오른쪽의 acetyl group에 왼쪽의 CO2가 첨가되어있는 모양새임.

 

 

한편 앞서 fatty acid synthesis 과정에서 NADPH가 필요하다고 했었음. 그렇다면 이 NADPH는 어떤 반응들로부터 얻어질 수 있을까. 우선 animal cell, 그 중에서도 adipocyte의 경우 pentose phosphate pathway와 malic enzyme이 매개하는 반응 하에서 얻어질 수 있음. (후자의 경우 malate가 pyruvate와 CO2로 convert되는 과정에서 NADPH가 생성됨) 또 hepatocyte의 경우 아예 pentose phospahte pathway에 의존해서 NADPH가 생성됨. 이 때 동물세포에서 일어나는 이런 반응들은 모두 cytosol에서 일어나고, 그 결과 cytosol에서의 NADPH 양이 많아지게 됨. 한편 plant의 경우 주로 photosynthesis에 의해서 NADPH가 얻어짐.

 

 

 

 

위 그림은 malic enzyme이 매개하는 반응, 그리고 pentose phosphate pathway에 의해 NADPH가 생성되는 과정이 나타나 있으므로 참고할 것.

 

 

 

 

앞서 malonyl-CoA가 새로 첨가되는 acetate unit을 제공해준다고 했었음. 그렇다면 malonyl-CoA는 어떻게 만들어질까. 결론적으로 acetyl-CoA가 carboxylation되어서 만들어지는데, 이 반응을 매개하는 효소가 바로 acetyl-CoA carboxylase(ACC)임.

 

 

 

 

ACC는 위 그림 아래와 같이 생겼음. 보면 이 녀석의 경우 3개 종류의 subunit으로 구성되어 있는데, 각각 biotin carboxylase, transcarboxylase, biotin carrier protein임. 이 중 biotin carrier protein 내의 Lys residue에 biotin이 covalent bond를 통해 붙어있고, biotin은 CO2를 carry하게 됨. (animal의 경우 이들 3개 subunit이 하나의 polypeptide chain 내에 포함되어 있음)

 

실제로는 위 그림과 같이 CO2가 bicarbonate의 형태로 주어짐. 이 때 ATP가 소모되며 결과적으로 biotin에 CO2가 실리게 됨.

 

 

 

 

이어서 위 그림상에 나타나 있는 것처럼 conformational change에 의해 biotin에 loading된 CO2의 위치가 biotin carboxylase 쪽에서 transcarboxylase 쪽으로 옮겨짐. 그런데 transcarboxylase side에는 acetyl-CoA가 binding할 수 있는 pocket도 존재하고, 결과적으로 acetyl-CoA에 CO2가 첨가되어서 malonyl-CoA가 됨. (이렇게 생성된 malonyl-CoA는 fatty acid synthesis를 위한 active precursor임)

 

 

다음으로 이제 fatty acid synthase(FAS)에 의해 일어나는 fatty acid synthesis 과정에 대해 본격적으로 알아보자. FAS는 NADPH를 electron donor로 쓰며, 효소 내에 2개의 SH broup이 존재하고 있어서 각각에 growing chain, 새로 들어오는 precursor가 붙게 됨.

 

 

FAS도 종에 따라 종류가 다른데, vertebrate와 fungi의 경우 FAS I을 가지고 plant와 bacteria의 경우 FAS II를 가짐. FAS I의 경우 single polypeptide chain으로 이루어져 있으며, 16개 이상의 긴 chain을 만들지는 못함. (16개가 max임) 특히 C15, C16의 경우 맨 처음 2개의 탄소는 acetyl-CoA로부터 유래됨. 한편 FAS II의 경우 separate, diffusible enzyme으로 만들어져 모여 작용하게 되며, 이 녀석에 의해 saturated, unsaturated, branched, many length의 product가 만들어질 수 있음. 이런 특징 때문에 FAS I만을 가지는 동물의 경우 plant 등을 섭취해서 FAS II에 의해서만 만들어지는 몇몇 fatty acid를 섭취해야 함.

 

 

 

 

위 그림 (a)에 나타나 있는 것이 FAS I이며 (b)에 나타나 있는 것이 FAS II임. 이 때 (a)를 보면 각종 enzyme 활성을 가지고 있는 녀석들이 한 polypeptide chain 내에 존재하고 있음을 알 수 있음. 이 때 KS는 β-ketoacyl-ACP synthase), MAT는 malonyl/acetyl-CoA-ACP transferase, DH는 β-hydroxyacyl-ACP dehydratase, ER은 enoyl-ACP reductase, KR은 β-ketoacyl-ACP reductase에 해당함.

 

 

한편 (b)에 나타나 있는 것은 FAS II이며, 아마도 이 녀석이 가지는 조금 다른 folding structure, subunit간의 interaction 등에 의해서 FAS I이 가지지 않는 additional한 반응도 매개할 수 있게 되지 않을까 생각해볼 수 있음.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.