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11장 지질 대사 2. 지방 – 지방산의 산화
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1. 지방산의 산화 지방이 산화되려면 먼저 지방산과 글리세롤로 가수분해가 선행
가수분해는 지방조직에서 일어남(지방산의 산화는 미토콘드리아) (지방세포에 저장되어 있던 중성지방에 호르몬 민감성 리파아제가 작용하여 중성지방의 1 또는 3번 지방산이 가수분해되어 유리지방산) 유리지방산은 혈장에서 알부민과 결합하여 각 조직으로 운반 (미토콘드리아 외막에서 활성화된 다음에) 운반된 지방산은 미토콘드리아로 들어가 β-산화 된다. (카르니틴의 도움으로 미토콘드리아 내막 통과)
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1) 지방 조직으로부터 지방산의 유리 지방 조직에 저장된 중성지방에서 지방산이 유리되는 것은 호르몬 영향 받음
부신수질 호르몬(에피네프린=아드레날린), 췌장에서 분비되는 글루카곤 (단백질 키나아제 A를 활성화 시킴 HSL을 활성형인 인산화 형태로 바꿈 지방세포의 중성지방 가수분해 증가 혈중 지방산 농도 증가) 혈중 인슐린이나 포도당의 농도 증가는 HSL이 불활성 형태가 되므로 저장 지방 에서 지방산 유리가 억제됨 지단백질 리파아제(lipoprotein lipase, LPL) – 지단백질안에 있는 중성지방을 분해 - 식사 혹은 간에서 생성된 중성지방을 간 이외의 조직에서 이용하는데 작용 호르몬 민감성 리파아제(hormone-sensitive lipase, HSL) – 지방 세포안의 지방을 분해
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2) 지방산의 활성화 지방산의 산화는 미토콘드리아에서 일어남
세포내로 들어온 유리 지방산은 미토콘드리아의 외막에서 활성화된 이후에 카르니틴의 도움을 받아 미토콘드리아 내막을 통과한 후에 β-산화가 일어남 * 발생되는 AMP와 PPi로부터 ATP가 다시 합성되기 위해서는 2분자의 ATP가 필요 * 지방산이 acyl-CoA로 활성화 되는 과정은 에너지를 크게 소비하는 단계이다.
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<지방산의 미토콘드리아 막 통과>
지방산은 미토콘드리아의 외막과 내막을 CoASH, carnitine의 도움으로 통과 지방산이 CoASH와 결합하여 미토콘드리아 외막을 통과 - 2ATP 소비 (CoA synthethase 작용) carnitine과 결합하여 미토콘드리아 내막을 통과(carnitine acyltransferase I 작용 ( 아실 카르니틴 생성) (카르니틴/아실 카르니틴 수송 단백질에 의해 미토콘드리아 내막으로 이동) carnitine이 CoASH로 치환(carnitine acyltransferase II 작용) 탄소 10개 이하의 짧은 사슬 또는 중간사슬 지방산은 카르니틴 도움 없이 지방산 형태로 미토콘드리아 내로 들어 올 수 있음 (탄소 10개 이하 지방산은 세포질이 아니라 미토콘드리아 내에서 아실 CoA로 활성화 됨)
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3) 지방산의 β-산화 활성화된 acyl-CoA는 카르니틴 존재하에 미토콘드리아 내막 통과
* 탄소수가 홀수인 지방산의 β-산화는 최종산물로 propionyl CoA를 생성 * propionyl CoA는 숙시닐 CoA로 전환
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4) β-산화 와 에너지 생산 <포화지방산인 경우> palmitic acid pamitoyl CoA FADH2
7 FADH2(1.5 ATP x 7) NADH 7 NADH(2.5 ATP x 7) acetyl CoA 8 acetyl CoA(10 ATP x 8) 외막 통과 - 2 ATP 계 106 ATP 108 ATP
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<불포화지방산인 경우> linolenic acid(C18:2) linolenic CoA FADH2 6 FADH2(1.5 ATP x 6) NADH 8 NADH(2.5 ATP x 8) acetyl CoA 9 acetyl CoA(10 ATP x 9) 외막 통과 - 2 ATP 계 117 ATP 119 ATP
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* 팔미트산의 에너지 효율 (1몰 ATP = 7.6 kcal/mol) :
- 팔미트산의 β-산화에서 생성되는 ATP 수 = 106개 - 생성되는 열량 = 106 x 7.6 = kcal - 1몰 팔미트산의 열량가 = 2,340 kcal - 팔미트산의 에너지 효율 = / 2,340 x 100 = %
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<홀수지방산의 산화> * 마지막에 프로피오닐 CoA가 생성 * 프로피오닐 CoA는 숙시닐 CoA로 전환
* 구연산 회로에서 말산이 된 후 말산이 세포질로 나오고 * 그 다음에 피루브산이 되고 * 피루브산이 다시 아세틸 CoA가 되어 구연산 회로에서 대사 됨
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<불포화지방산의 β-산화> - 이중결합이 있으므로 FADH2가 적게 생성
* enoyl CoA isomerase 반응 추가 : cis -> trans, 이중결합 위치가 3,4 -> 2,3 * 3-hydroxy acyl epimerase 반응 추가 : D형 -> L형 * linoleic acid(C18:2) FADH2 NADH acetyl CoA 활성화(외막통과) 6 FADH2 (1.5ATP x 6) 8 NADH (2.5ATP x 8) 9 acetyl CoA(10 ATP x 9) -2 ATP 계 117 ATP
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2. 케톤체의 생성과 이용 케톤체 : acetone, acetoacetate, β-hydroxy butyrate
케톤체 생성 조건 : - 당뇨병 : 혈중 포도당의 농도는 높으나 조직으로 포도당이 들어가지 못할 경우 - 기아.단식 : 혈당 농도의 저하로 지방 대사의 비중이 커짐(acetyl CoA 농도 증가) 간의 미토콘드리아에서 acetyl CoA로부터 생성 혈액을 통해 말초조직으로 이동하여 에너지원으로 사용 (간에는 β-케토아실 CoA 전이효소가 없어서 케톤체를 이용 못함) 심장과 근육에서 주요 에너지원으로 사용되며, 포도당이 부족 할 때 뇌조직에서도 중요한 에너지원으로 이용 케톤체는 수용성이어서 혈액 내에서 다른 물질에 결합되지 않은 자유 형태로 이동할 수 있음 (혈액에는 acetyl CoA를 운반할 운반체가 없어서 케톤체로 변환시켜 운반 - 케톤체는 acetyl CoA의 운반 형태임)
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< 케톤체의 대사> - 간에서 지방산의 β-산화로 과잉의 acetyl CoA를
간세포를 제외한 여러 조직으로 이전시켜 대사 함 * 간에서는 남은 acetyl CoA를 에너지로 전환하지 않음 * 남은 acetyl CoA를 조직세포로 넘겨 줌 * 혈액에는 acetyl CoA를 운반할 운반체가 없어서 케톤체로 변환시켜 운반 (케톤체는 acetyl CoA의 운반 형태임) * 케톤체 : acetone, acetoacetate, β-hydroxy butyrate * 케톤체 생성 조건 : - 정상 상태 : 간에서 acetyl CoA가 과잉 생산 되는 경우 - 기아.단식.당뇨 : 당 대사가 어렵기 때문에 지방 대사의 비중이 커짐
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< Ketosis(케톤혈증)>
* 원인 - 당뇨병 환자, 소아, 임산부에서 소화기계 장애로 오는 질환 비만 치료를 위한 금식에서 많이 온다 . - 고지방, 저함수탄소 식이에 의해 유발 * 증상 - Ketonemia: acetoacetate, β-hydroxybutyrate, acetone의 혈액내 농도 증가 - Ketonuria(케톤뇨증): ketone body가 정상이상으로 배출될때 - 숨을 쉴때 acetone 냄새, 소변에서 acetone 냄새 * 합병증 - 체액내의 Na+과 다른 양이온의 전하와 acidosis (산증) 동반 - 오심, 구토, 무반사성 혼수 (중추 신경계 억제로 인해 유발) - 탈수 현상
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