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영양사/생화학

생화학 12강. 지질 대사 지방산과 중성지방의 합성 콜레스테롤 대사

by 꽃데일리 2022. 5. 10.

생화학 12강. 지질 대사 지방산과 중성지방의 합성 콜레스테롤 대사

목차
01 지방산과 중성지방의 합성
02 막 지질의 대사
03 콜레스테롤 대사

01. 지방산과 중성지방의 합성

지방산 생합성
아세틸 CoA로부터 지방산의 합성

  • 지방산 생합성(de novo lipogenesis): 아세틸 CoA -> 지방산 합성
  • 주로 간조직에서 일어남, 그 외 지방조직 및 수유 중 유선조직 가능
  • 세포질에서 일어남
    ->미토콘드리아에 존재하는 아세틸 CoA 이동 필요
  • 조효소: 다수의 NADPH 사용
  •  예) 팔미트산(C16)의 생성

 

반응형

 

아세틸 CoA의 세포질로의 이동

  • 여분의 글루코오스, 지방산, 아미노산 -아세틸 CoA 공급
  • 아세틸 CoA: 미토콘드리아 내막 통과 불가 -> 구연산(아세틸 CoA + 옥살로아세트산 )으로 전환 ->세포질로 이동
  • 세포질에서 구연산 분해효소의 작용 - 다시 아세틸CoA와 옥살로아세트산으로 분해
  • 아세틸 CoA: 지방산 생합성의 기질로 사용
  • 옥살로아세트산: 피루브산 또는 말산으로 전환 - 미토콘드리아로 재이동

NADPH의 생성

  •  NADPH: 지방산 생합성 과정에 필요한 조효소
  •  NADPH의 생성

1. 주로 오탄당인산경로를 통해 생성
글루코오스 6-인산 ->  글루콘산 6-인산 ->  리불로스 5-인산
2. 이소구연산탈수소효소에 의해 생성
이소구연산 ->  α-케토글루타르산
3. 말산효소에 의해 생성
말산 ->  피루브산

아세틸 CoA로부터 말로닐 CoA 생성

  • 아세틸 CoA 카르복실화효소(ACC) : 아세틸 CoA에 카르복실기 추가 -> 말로닐 CoA -> 조효소는 비오틴, 1 ATP 소모

지방산 합성 효소에 의한 반응

  • 지방산 합성효소(FAS): 다중 효소 복합체
    7개의 촉매 활성 도메인 + 아실운반단백질(ACP)로 구성
  • 아세틸 CoA의 아세틸기와 말로닐 CoA의 말로닐기 각각 모두->  FAS의 ACP 부위와 결합
    (말로닐/아세틸 아실기 전이효소[MAT}에 의해)
  • 아세틸 CoA의 아실기:
    β-케토아실합성효소(KS)의 시스테인 잔기와 결합
  • 축합
    KS에 의해 말로닐기 중 탄소 2개 단위 + 아세틸기->  아세토아세틸-ACP 생성, CO₂ 1분자 방출
  •  환원
    아세토아세틸-ACP -> β-하이드록시부티릴-ACP로 환원 (NADPH 사용)
  • 탈수
    β-하이드록시부티릴-ACP -> 크로토닐-ACP(물 1분자 방출)
  • 환원
    크로토닐-ACP -> 부티릴-ACP(NADPH 사용)
  • 부티릴-ACP 의 이동: KS의 시스테인 잔기와 결합-> ACP는 새로운 말로닐기와 결합 가능
  • 현재까지의 축합-환원-탈수-환원의 반응 반복-> 1회 반복시마다 탄소 2개 연장됨
    -> 팔미토일-ACP 생성될때 까지 반복-> 티오에스테르 분해효소에 의해 팔미트산 합성
  • 팔미트산
    중성지방, 인지질 구성성분으로 사용또는 연장반응, 탈포화반응을 통해 다른 지방산으로 전환 가능

지방산 연장반응 및 탈포화반응

  • 연장반응: 소포체에서 지방산 생합성과정과 유사하게 진행됨
    즉, 말로닐 CoA 기질로 축합, 환원,탈수, 환원 반응(NADPH 사용)
  • 탈포화반응: 탈포화효소에 의해 이중결합 추가
  • 탈포화효소: NADH, 산소(O₂) 필요
    스테아로일 CoA + O₂ + 2 H+->올레일 CoA + 2H₂O
  • 체내 에너지 필요에 맞추어 조절
  •  ACC(아세틸 CoA 카르복실화효소)가 중요한 역할을 담당
    다른자리 입체성 조절:구연산은 ACC 활성 증가, 팔미트산은 되먹임 억제
    인산화에 의한 조절:AMPK: ACC 인산화 -> 불활성화 -> 지방산 합성 억제
    글루카곤, 에피네프린: PKA 활성화 -> ACC 인산화
    인슐린: ACC 탈인산화 -> ACC 활성화 ->지방산 합성 증가
  • 말로닐 CoA: CAT-I 의 다른자리 입체성 억제인자로 작용
  • 중성지방의 합성
    글리세롤 3-인산 또는 디하이드록시아세톤인산(DHAP)+지방산 3분자 (지방산 아실 CoA 형태로 에스테르 결합)
  • 지방산 아실 CoA의 생성
    ATP 사용, β-산화에서 지방산 활성화 과정과 동일                                                         

글리세롤 3-인산 합성

  • 해당과정의 중간산물인 DHAP의 환원으로 생성 글리세롤 3-인산 탈수소효소에 의해
  • 또는 글리세롤키나아제에 의해 글리세롤로부터 생성

02. 막 지질의 대사

글리세롤인지질 대사                                                           
글리세롤인지질의 생합성

  • 포스파티딜에탄올아민(PE), 포스파티딜콜린(PC)->유사한 합성 과정
  •  포스파티딜에탄올아민
    에탄올아민-> 포스포에탄올아민 -> CDP-에탄올아민->포스파티딜에탄올아민(디아실글리세롤과 반응)
  •  포스파티딜콜린
    콜린->포스포콜린 -> CDP-콜린 ->포스파티딜콜린 식사로 공급 가능

스핑고지질 대사

  • 첫 반응: 팔미토일 CoA와 세린의 축합반응 -> 3-케토스핑가닌 -> 스핑가닌 (NADPH 소모)
    -> 세라마이드 생성
  • 세라마이드 + 포스파티딜콜린  -> 스핑고마이엘린 합성
  • 세라마이드 + UDP-글루코오스  -> 글루코실세레브로사이드
  • 세라마이드 + UDP-갈락토오스  -> 갈락토실세레브로사이드
03. 콜레스테롤 대사

체내 콜레스테롤                                                                
콜레스테롤의 원천

  • 식사로부터 얻는 콜레스테롤
  • 체내 합성 콜레스테롤
  • 식사로 섭취하는 콜레스테롤 양이 많은 경우

콜레스테롤 생합성                                                              
축합반응

  • 아세틸 CoA로부터 HMG CoA 합성
  •  반응 위치: 세포질
  •  아세틸 CoA 2분자 축합 ->아세토아세틸 CoA (C4)
  • 아세토아세틸 CoA + 아세틸 CoA ->HMG CoA (C6)

환원반응

  • HMG CoA ->메발론산(C6)으로 환원
    HMG CoA 환원효소에 의해 (활면소포체 막의 세포질에 위치)
  • NADPH 필요
  • 콜레스테롤 생합성의 속도조절단계

중합반응

  • 메발론산(C6) -> IPP -> DPP로 전환
  • IPP (C5): 이소펜테닐 피로인산
  • DPP: 디메틸알릴 피로인산

축합반응으로 스쿠알렌 형성

  •  IPP + DPP ->제라닐 피로인산 (GPP: C10)
  •  GPP + IPP -> 파네실 피로인산 (FPP: C15)
  • FPP + FPP ->스쿠알렌 (C30) (NADPH 필요)

스쿠알렌->콜레스테롤 (고리화 반응)
▪   스쿠알렌 -> 스쿠알렌-2,3-에폭시드 (NADPH 사용)
▪   스쿠알렌-2,3-에폭시드 ->라노스테롤 (고리화 효소)
▪   라노스테롤 -> 19개 반응-> 7-디하이드로콜레스테롤 (C27)
▪   7-디하이드로콜레스테롤의 환원 -> 콜레스테롤 (NADPH 사용)
▪   콜레스테롤 에스테르: 콜레스테롤 + 지방산 아실기

 

콜레스테롤 분해: 담즙산 대사                                                
담즙산 합성
▪   담즙산: 간에서 합성
▪   콜레스테롤 -> 7α-하이드록시콜레스테롤
▪   담즙산 합성의 속도조절단계
▪   이후 여러 단계를 거쳐 콜산과 데옥시콜산 생성

▪   담즙산은 글리신 또는 타우린과 접합 -> 담즙염 전환
▪   예) 콜산 -> 글리코콜산 또는 타우로콜산으로 전환 ->극성기 추가 -> 양극성이 더 커짐 ->효과적인 유화제
▪   담즙: 담즙염 + 콜레스테롤, 인지질, 빌리루빈(색소) 등 포함

 

담즙염 배설
▪   담즙: 간에서 담관을 통해 분비 -> 담낭에 저장 -> 소장으로 분비
▪   소장으로 분비된 담즙염의 대부분은 회장으로 재흡수
▪   재흡수된 담즙염 ->혈액을 통해 간으로 이동 -> 재사용
▪   이러한 과정은 장간순환이라고 함
▪   재흡수되지 못한 담즙염 -> 대장으로 이동-> 대변과 함께 배설

 

콜레스테롤 항상성                                                              
HMG CoA 반응의 조절
▪   HMG CoA 환원효소: 개시단계, 속도조절단계
▪   HMG CoA 환원효소의 인산화 -> 불활성화
▪   세포내 에너지 상태가 낮은 경우(ATP/AMP 비율 감소)
-> AMPK 활성화 -> HMG CoA 환원효소 인산화 -> 콜레스테롤 생합성 억제
▪   글루카곤: PKA 활성화 -> 콜레스테롤 생합성 억제
▪   인슐린: HMG CoA 인산화 감소 -> 콜레스테롤 생합성 촉진

▪   스테롤 조절인자 결합단백질(SREBP) -> HMG CoA 환원효소의 발현 조절
▪   콜레스테롤 수준이 낮은 경우 ->SREBP 활성화 -> HMG CoA 환원효소 합성 촉진
▪   콜레스테롤 수준이 높은 경우 -> SREBP 불활성화 -> 합성 감소
▪   콜레스테롤의 되먹임 억제 -> HMG CoA 환원효소의 분해 촉진

 

그 밖의 조절
▪   스테롤 조절인자 결합단백질(SREBP) -> LDL 수용체 유전자의 전사도 조절
▪   콜레스테롤 수준이 높은 경우 -> SREBP 불활성화 -> LDL 수용체 합성 억제 -> 콜레스테롤의 세포내 유입 감소
▪   콜레스테롤 축적시 -> 옥시스테롤로 전환
▪   옥시스테롤: 콜레스테롤-7α-수산화효소 유전자 전사 촉진 ->담즙산 생성 증가 -> 콜레스테롤 배출
▪   세포내 콜레스테롤 농도 증가 -> ACAT 활성화 -> 콜레스테롤 에스테르로 전환시켜 저장

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