[생화학] 20.4 : fat과 phospholipid의 생합성 - 1

 

 

 

이번 포스트부터는 fat과 phospholipid의 생합성 과정에 대해 알아보자.

 

 

fat(triacylglycerol)의 경우 animal과 plant가 fuel의 한 형태로 가지고 있으며, plant에서는 seed와 nut에서 존재하고 있음. 한편 human의 경우 70kg인 사람을 예로 들어 봤을 때 15kg정도가 fat이며, 이 정도 양의 fat으로부터 12주를 버틸 수 있는 energy가 생성된다고 함. (liver, muscle에 있는 glycogen의 경우 12시간을 버틸 energy만을 제공해주는 것과 상반됨) 한편 animal, plant, bacteria는 공통적으로 cell membrane의 구성성분으로 phospholipid를 가지고 있음.

 

 

fat과 phospholipid는 둘 다 glycerol backbone을 가지며, 3개, 혹은 2개의 fatty acid(acyl) chain을 가짐.

 

 

우선 backbone이 어떻게 합성되는지에 대해 살펴보자.

 

 

 

 

보면 glucose가 glycolysis를 통해 DHAP로 바뀌고, 이 DHAP가 glycerol 3-phosphate dehydrogenase의 도움 하에 NADH의 oxidation과 coupling될 시 결과적으로 reduction되며 L-glycerol 3-phosphate가 만들어질 수 있음. 한편 일부 L-glycerol 3-phosphate의 경우 glycerol에 ATP의 인산기가 첨가되어서 만들어질수도 있음. (이 때의 효소는 glycerol kinase임)

 

 

 

 

 

이어서 L-glycerol 3-phosphate는 위와 같은 과정을 거쳐서 TAG와 phospholipid의 precursor인 phosphatidic acid로 변화할 수 있음. 과정을 살펴보면, acyl-CoA synthetase에 의해 CoA에 loading된 acyl group이 acyl transferase에 의해 transfer되는 반응이 2번 일어난 결과 acyl group 2개가 glycerol backbone의 1, 2번 탄소 위치에 각각 ester bond로 결합된 phosphatidic acid가 만들어지게 됨.

 

 

 

 

이후 phosphatidic acid에 phosphatidic acid phosphatase(lipin)라는 효소가 작용해서 3번 위치의 phosphate group을 때줘서 1,2-diacylglycerol이 된 이후 앞서와 같이 acyl transferase에 의해 하나의 acyl group이 더 전달된 결과 triacylglycerol(TAG)이 만들어질 수도 있고, phosphatidic acid의 phosphate group에 추가적인 serine, choline, ethanolamine 등의 head group이 붙어서 glycerophospholipid가 만들어질수도 있음.

 

 

 

 

한편, 앞서 살펴본 것처럼 insulin이 있을 시 glucose, amino acid로부터 acetyl-CoA가 만들어지는 반응이 촉진되고, 더불어 acetyl-CoA가 fatty acid로 바뀌는 반응도 촉진되면서 결과적으로 adipocyte, liver에서의 TAG synthesis도 활발히 일어남. 한편 insulin이 적을 시 lipolysis가 촉진되고, 그 결과 많이 만들어진 acetyl-CoA는 citric acid cycle로 들어가기도, ketone body로 바뀔 수도 있음. (특히 oxaloacetate가 부족한 상황에서는 acetyl-CoA의 대부분이 ketone body로 전환됨)

 

 

 

triacylglycerol의 분해에 따라 만들어지는 fatty acid 중 75%는 흥미롭게도 다시 TAG로 reesterification되게 됨. 이 때의 cycle을 futile cycle로 볼 수 있음. 이런 recycling은 주로 adipose tissue에서 많이 일어나며, 혹은 fatty acid가 liver로 전달된 뒤 TAG로 다시 합성되고, 이 TAG가 다시 adipose cell로 전달되어 redeposite될 수도 있음.

 

 

 

 

위 그림에는 이와 관련된 triacylglycerol cycle이 나타나 있음. 보면 adipose tissue에서 TAG에서 glycerol이 방출되며 fatty acid가 된 뒤, 이 녀석 중 대부분은 다시 glycerol 3-phosphate와 합쳐지면서 TAG가 되고, 일부 fatty acid는 혈액으로 나가게 됨. 이 중 또 일부는 fuel로써 각종 tissue에 공급되고, 나머지 일부는 liver로 이동함. 이후 liver 내로 들어온 fatty acid는 다시 glycerol 3-phosphate와 합쳐져 TAG가 될 수 있고 이 TAG는 다시 혈액으로 나갈 수 있음.

 

 

이후 혈액 내에 있는 lipoprotein lipase에 의해 glycerol이 떨어져나가면서 fatty acid가 재형성되고, 이 fatty acid는 다시 다른 기관으로 fuel 형태로 전달될수도, 혹은 adipose tissue로 전달될수도 있음. 결국 이러한 cycle을 통해서 fatty acid를 여러 조직들로 전달할 수 있고, 더불어 fatty acid의 양을 어느정도 일정하게 유지시킬 수 있음. (일종의 homeostasis) 참고로 혈액 내의 free fatty acid 양은 adipose tissue 내에서 TAG의 분해 속도와 TAG의 synthesis 속도 간의 rate에 의해 달라짐.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.