[생화학] 20.2 : 지방산(fatty acid)의 생합성 - 4

 

 

이제 fatty acid synthesis 과정의 regulation 방식에 대해 알아보자.

 

 

일단 ACC가 관여하는 맨 처음 반응이 rate-limiting step이므로, 많은 regulation도 ACC를 대상으로 일어남.

 

 

 

 

보면 우선 acetyl-CoA를 만들기 위해 필요한 citrate의 경우 feed-forward activation의 형태로 ACC에 allosteric activation을 하게 됨. 그 밖에 fatty acid synthesis의 생성물인 palmitoyl-CoA는 ACC를 allosteric inhibition시켜버림. 그리고 혈당량이 낮다는 지표인 glucagon, 혹은 당장 가용할 에너지가 필요하다는 신호인 epinephrine 등의 경우 ACC를 인산화시키고 inactivation시켜서 결과적으로 fatty acid synthesis를 억제하게 됨. (실제로 ACC가 dephosphorylation되어있을 때에는 monomer 형태로 active하거나, 혹은 ACC가 long active filament로 polymerize되어서 partially active하게 존재하고 있음. 그러나 ACC가 phosphorylation되게 될 시 inactive해짐)

 

 

 

 

한편 위 그림상에 나타나 있는 것처럼 mitochondria에서 일어나는 β oxidation과 cytosol에서 일어나는 fatty acid synthesis도 서로 잘 coordination되고 있음. 구체적으로는, ACC에 의해 만들어지는 malonyl-CoA가 mitochondria 바깥쪽으로 가서 fatty acyl-CoA가 fatty acyl-carnitine으로 바뀌는 과정을 inhibition시키게 되고, 그럴 시 fatty acid가 mitochondria 내부로 들어가지 못해서 결과적으로 \beta oxidation이 잘 안 일어나게 됨.

 

 

참고로 위 그림상에 나타나 있는 것처럼 glucagon은 PKA, AMPK를 활성화시키고 이를 통해 ACC를 인산화시켜서 불활성화시켜버림. 반면 insulin의 경우 phosphatase를 활성화시켜서 ACC를 탈인산화시키고 activation시켜버림.

 

 

 

 

이렇게 만들어진 fatty acid는 mitochondria, endoplasmic reticulum(ER) 등의 기관에서 더 elongation되어서 longer-chain fatty acid가 될 수도 있음. 그 결과 18개의 탄소로 이루어진 stearate 등이 만들어질 수 있음.

 

 

한편 palmitate, stearate 등의 fatty acid는 다시 desaturation될 수 있음.

 

 

 

 

이 때 animal에서는 fatty acyl-CoA desaturase에 의해 desaturation이 일어나게 됨.

 

 

 

보면 우선 NADPH에서부터 cytochrome b5 reductase 내부의 FAD로 전자가 전달되고, 이어서 cytochrome b5의 Fe2+에 전자가 전달되게 됨. 이어서 fatty acyl-CoA desaturase에 의해 전자가 전달되고 결과적으로 monounsaturated fatty acyl-CoA가 만들어지게 됨.

 

이 때 결국 이중결합이 만들어졌다는 것은 oxidation이 된 것이므로 전자를 잃은 것이고, 이 과정에서 전자를 accept하는 것은 O2임. 실제로는 O2가 cytochrome b5의 ferrous로부터 2개의 전자를, saturated fatty acid로부터 2개의 전자를(총 4개의 전자를) 받아서 H2O로 reduction되게 됨.

 

 

 

이 때 animal, 그 중에서도 human의 경우 Δ4, Δ5, Δ6, Δ9에 대한 desaturase는 존재하지만, 9번 position보다 더 긴 위치를 desaturation시키는 효소는 존재하지 않음. 그러나 plant는 이러한 효소를 가지고 있음.

 

 

 

 

그렇기에 plant에서는 위와 같은 unsaturated fatty acid도 형성될 수 있는 것임. 이런 polyunsaturated fatty acid(PUFA)들은 사람에게 essential한데, membrane fluidity의 유지에 필수적이고 eicosanoid의 precursor로 작용하기 때문임. 따라서 우리는 이들을 섭취를 통해 얻어야 함.

 

 

 

 

위 그림은 plant에서 desaturase에 의해 desaturation이 일어나는 과정을 나타내주고 있음. 그런데 앞서 animal에서는 acyl-CoA의 형태에서 desaturation이 일어난 반면 plant에서는 lipid(위 그림의 경우 phosphatidylcholine) 내에 포함된 fatty acid가 desaturation되게 됨. (즉, lipid에 incorporate된 상태에서 desaturation됨)

 

 

 

 

 

한편 위와 같이 동물세포 내에서의 fatty acid desaturation, elongation step은 smooth ER에서 주로 일어남.

 

 

 

 

다음 포스트부터는 Eicosanoid 계열의 생합성 과정에 대해 알아보자.