[생화학] 20.5 : cholesterol, steroid, isoprene 계열의 생합성과 수송 - 2

 

 

 

이전 포스트에 이어서 살펴보자.

 

 

vertebrate의 경우, 거의 모든 cholesterol은 liver에서 합성된 후 export됨. 이 때 이들은 bile acid 내에 bilary cholesterol, 혹은 cholesteryl ester의 형태로 포함되어 분비되게 됨. 한편 bile은 gall bladder에서 저장되었다가, small intestine으로 분비됨. 이 때 bile acid 내의 taurocholic acid 등은 small intestine 내의 fat이 emulsify되게 도와줌. (구체적으로 이들은 fat droplet을 감싸고, 그 결과 surface area를 늘려 lipase에 의해 더 잘 공격될 수 있게끔 도와줌) 한편 다른 조직들은 cholesterol을 steroid hormone으로 변환시켜 사용하기도 함.

 

 

 

 

위 그림에는 cholesterol이 다양한 식으로 변환된 형태들의 예시가 나타나 있음. 우선 cholesterol에 hydroxyl기가 더 첨가될 시 hydroxysterol이 될 수 있음. 그 밖에 taurocholic acid의 moiety가 첨가되어 bile acid가 될 수도 있음. 이 외에 ACAT의 도움을 받아 acyl group이 cholesterol의 O 부분에 추가적으로 첨가되며 cholesteryl ester가 만들어질 수도 있음. 이 때 첨가되는 녀석들은 cholesterol을 조금 더 hydrophilic하게 만들어준다는 특징이 있음. 한편 그 밖에, cholesterol의 acyl chain이 분해되며 ketone group이 만들어져서 steroid hormone으로 바뀔 수도 있음.

 

 

 

 

cholesterol, 그리고 다른 lipid들은 blood stream에서 운반되기 위해 위와 같은 lipoprotein particle 구조를 형성함. 이 때 이 lipoprotein particle의 바깥부분에 결합되어 있는 단백질들을 통틀어서 apolipoprotein이라 불러줌. 한편 lipoprotein particle의 표면에는 monolayer의 phospholipid가 있고, 내부에는 triacylglycerol, free cholesterol, cholesteryl ester 등이 가득차있음.

 

 

 

 

한편, lipoprotein은 실제로 위 표에 나타나 있는 것처럼 chylomicron, VLDL(very light density lipoprotein), LDL(light density lipoprotein), HDL(high density lipoprotein)으로 나눌 수 있음. 이 때 이들의 이름은 density 차이에 따른 centrifuge 과정에서의 sedimentation 차이에 따라 지어지게 되었음.

 

 

 

보면 chylomicron에서 HDL로 갈수록 density가 커지며, protein, phospholipid의 함량은 증가하고, triacylglycerol의 함량은 감소함을 알 수 있음. 한편 흥미롭게도, LDL에서 특별히 free cholesterol, cholesteryl ester의 양이 높게 나타나고 있음을 알 수 있음. 그러다 보니 LDL의 양이 제대로 regulation되지 않을 시 cholesterol의 balance가 무너질 수도 있음.

 

 

 

 

위 자료는 실제로 같은 비율의 전자현미경으로 4종류의 lipoprotein들을 관찰한 것임. 보면 density가 큰 녀석들일수록 크기가 작은 것을 알 수 있음.

 

 

 

 

한편 lipoprotein에서 단백질 구성요소인 apolipoprotein들의 종류는 위 표에 나타난 것과 같이 다양함. 이들의 경우 일종의 주소를 indicate하는 signal 역할도 하고, lipoprotein의 분해, 재합성 등과 관련된 enzymatic activity를 가지는 녀석들도 있음.

 

 

 

chylomicron의 경우 lipoprotein 중 가장 density가 작으며, 가장 많은 TAG를 함유하고 있음. 이들은 apoB-48, apoE, apoC-II를 apolipoprotein으로 가지고 있으며, small intestine에서 흡수된 dietary fatty acid를 liver 등의 target tissue로 운반해주는 역할을 주로 수행함. 한편 VLDL의 경우 꽤나 높은 농도의 TAG, cholesteryl ester를 함유하고 있으며, apoB-100, apoC-I, apoC-II, apoC-III, apoE 등을 apolipoprotein으로 가지고 있음.

 

이들의 경우 주로 TAG를 liver에서 muscle과 adipose tissue로 transport해주는 역할을 수행함. 다음으로 LDL의 경우 VLDL에서 TAG가 removal되어서 형성되게 되며, 그러다 보니 이들 내에는 cholesterol, cholesteryl ester가 enrich되어있음. LDL에서 major하게 관찰되는 apolipoprotein은 ApoB-100이며, 이 protein에 의해 liver cell 외부의 receptor가 mediate하는 uptake 기작을 통해 liver로 내용물을 전달하게 됨. 마지막으로 HDL의 경우 LDL과 VLDL cholesterol이 cholesteryl ester로 conversion된 결과 만들어지게 되며, apoA-I을 포함한 많은 protein을 함유하고 있음. 이 mature한 HDL은 혈관 등에서 유래된 cholesterol 등을 받아들여서 liver로 운반해주는 역할을 수행함.

 

 

 

 

이들의 기능에 대한 모식도가 위 그림상에 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

 

우선 small intestine에서 흡수된 TAG는 chylomicron 내에 포함되고, 이 상태로 lymphatic system을 거쳐 혈관으로 전달되게 됨. 이어서 이곳으로부터 free fatty acid(FFA)가 release되고, 이 FFA는 mammary gland, adrenal gland, gonad, muscle, adipose 등의 tissue에 전달되게 됨. 한편 FFA가 빠져나가고 남은 chylomicron remnant는 cholesterol 등의 함량이 상당히 높은 상태일텐데, 이 녀석은 다시 liver cell로 cholesterol을 전달하게 됨. 이 cycle이 exogenous pathway임. 한편 이렇게 전달된 cholesterol은 enterohepatic pathway를 통해 bile salt의 일부로 포함될 수 있고, 이렇게 형성된 bile salt는 gallbladder에서 저장되었다가 결국 small intestine으로 다시금 분비되게 됨.

 

 

한편 그 밖에 liver 자체에서 TAG, cholesteryl ester를 많이 함유하고 있는 형태의 VLDL이 만들어지기도 함. 이 VLDL은 혈관으로 방출되고 이곳으로부터 FFA가 release될 수 있게 됨. 그 결과 LDL이 만들어지는데, 이 LDL 내부에 있는 높은 농도의 cholesterol은 muscle, adipose tissue 등으로 전달될수도 있고, 그 밖에 LDL 자체가 liver cell 막의 LDL receptor에 의해 uptake되어서 liver 내로 다시 들어갈수도 있음. 이러한 pathway를 endogenous pathway라고 부름. 한편 그 밖에 LDL은 macrophage, foam cell 등에 cholesterol을 전달하기도 함. 그런데 여기에 전달된 cholesterol은 HDL에 의해 받아들여지게 되고, 결국에는 HDL이 liver cell 막의 SR-BI receptor에 의해 인식되어 engulf되는 과정에서 liver로 돌아가게 됨. 이 때의 pathway를 reverse cholesterol transport pathway라고 부름.

 

 

 

 

위 그림은 LDL이 LDL receptor에 의해 인식되어 receptor-mediated endocytosis되는 과정을 보여주고 있음. 보면 LDL particle 표면의 ApoB-100이 LDL receptor에 의해 인식되고, 그 결과 endosome 형태로 engulf됨. 이어서 lysosome이 합쳐지며 LDL particle 내의 물질들이 amino acid, fatty acid, cholesterol 등으로 분해되게 됨.

 

 

 

다음 포스트에서 이어서 살펴보자.