지질대사
이론과 하이라이트 히스토리를 확인 할 수 있어요.
지질 산화 과정에서 생산되는 에너지나 관여하는 효소 등에 대한 내용이 주로 출제된다.
1. 지방 분해(Lipolysis)
1) 과정
① 금식/흥분 → 글루카곤/에피네프린 활성화 → cAMP↑ → PKA 활성화
② PKA가 perilipin, HSL 인산화 → perilipin에서 CGI-58 유리
③-1 유리된 CGI-58이 ATGL에 결합해 ATGL 활성화,
③-2 인산화된 perilipin이 HSL과 결합해 HSL 활성화
④ TG(triacylglycerol) → DG(diacylglycerol) + FA(fatty acid) (ATGL)
⑤ DG → MG(monoacylglycerol) + FA (HSL)
⑥ MG → Glycerol + FA (MGL)
2) 결과: TG → Glycerol + 3 FA(fatty acid)
3) 글리세롤
(1) 지방세포에서 빠져나가 다른 장기에서 해당 경로 거침
(2) 해당 경로(glycolytic pathway)
① Glycerol → Glycerol 3-phosphate (Glycerol kinase): 지방세포 X, 간세포 O
② Glycerol 3-phosphate → DHAP (Glycerol 3-phosphate dehydrogenase): NADH + H+ 생산
③ DHAP → GA3P (Triose phosphate isomerase)
④ GA3P → Glycolysis
4) 지방산
(1) 용해X, 운반체 통해 말초장기로 전달
(2) 운반체: 알부민
2. 포화지방산의 산화
1) 지방산 활성화
(1) 과정: 지방산의 카르복실기에 CoA를 붙여 fatty acyl-coA로 활성화
(2) 효소: Fatty acyl-CoA synthetase
(3) 에너지: 2 ATP 소비 (ATP → AMP)
2) Carnitine shuttle
(1) Carnitine acyltransferase 1: fatty acyl-CoA → acyl-carnitine
• 미토콘드리아 외막에 존재
(2) Acyl-carnitine/carnitine transporter: acyl-carnitine을 미토콘드리아 기질로 운반
• 미토콘드리아 내막에 존재
(3) Carnitine acyltransferase 2: acyl-carnitine → fatty acyl-CoA
• 미토콘드리아 내막에 존재
(4) 의의: 크기가 커서 내막을 통과하지 못하는 fatty acyl-CoA를 지방산 산화가 일어나는 미토콘드리아 기질로 이동
3) β-Oxidation
(1) 장소: 미토콘드리아 기질, 퍼옥시좀
(2) 과정: 아래 4단계의 반복
① 탈수소 반응: trans 이중결합 생성 Fatty acyl-CoA → trans-Δ2-Enoyl-CoA (acyl-CoA dehydrogenase): FADH2 생산 ② 물 첨가: trans 이중결합에 물이 들어가 깨지며 하이드록시기 형성 trans-Δ2-Enoyl-CoA → 3-L-Hydroxyacyl-CoA (enoyl-CoA hydratase) ③ 탈수소 반응: 하이드록시기가 붙은 탄소에 탈수소 반응이 일어나며 케톤기 형성 3-L-Hydroxyacyl-CoA → β-Ketoacyl-CoA (3-L-Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase): NADH + H+ 생산 ④ 절단: 탄소 2개짜리 acetyl-CoA와 탄소 두 개 짧아진 fatty acyl-CoA로 절단 β-Ketoacyl-CoA → Fatty acyl-CoA + Acetyl-CoA (thiolase) |
(3) 결과: 1 바퀴마다 1 NADH+H+, 1 FADH2, 1 Acetyl-CoA, 탄소 두 개 짧아진 farry acyl-CoA 생산
(4) 에너지: 1 바퀴당 14 ATP 생산
• NADH + H+ → 2.5 ATP
• FADH2 → 1.5 ATP
• Acetyl-CoA → 10 ATP (TCA cycle로 들어가 에너지 생산)
(5) 완전한 산화를 위해 필요한 β-Oxidation 횟수: (탄소 개수)/2 – 1
• Ex. Palmitate (탄소 16개) → 7번의 β-Oxidation: 8 Acetyl-CoA로 완전 산화
(6) MCAD(Medium-chain acyl CoA dehydrogenase) deficiency
• 북유럽에서 흔한 유전질환
• 간에 middle-chain fatty acid 축적 → 대체 경로로 ω-Oxidation 진행
• 지방산을 에너지원으로 사용하지 못해 hypoglycemia 동반
• 치료: 저지방 고탄수화물 식이요법, 자주 식사
(7) 퍼옥시좀의 β-Oxidation
• 탄소 22개 이상의 very long faty acid, branched fatty acid 산화 진행
• 탄소 16개 이하로 자른 후 미토콘드리아로 이동해 β-Oxidation 계속
• 미토콘드리아와는 다른 3가지 효소 관여
4) 에너지 생산
(1) 계산법: - 2 ATP + 14 ATP X (β-Oxidation 횟수) +10 ATP
(2) 2 ATP: 지방산 활성화 과정에서 소비
(3) 14 ATP: β-Oxidation에서 생산
(4) 10 ATP: 최종적으로 잘리고 남은 Acetyl-CoA
(5) 조절
① Malonyl-CoA: Carnitine shuttle 조절
• 기능: Carnitine acyltransferase 1 억제 → Carnitine shuttle, β-Oxidation 억제
• 조절: Acetyl-CoA carboxylase (ACC)에 의해 합성
② Acetyl-CoA carboxylase (ACC)
• 기능: Malonyl-CoA 합성 (Acetyl-CoA → Malonyl-CoA)
• 조절: 인산화시 활성↓
Positive regulator | Citrate(allosteric) |
Negative regulator | Long-chain fatty acid(allosteric), AMPK, PKA |
• 식사(과잉영양): citrate↑ → ACC 활성화 → Malonyl-CoA↑ → β-Oxidation↓
• 금식: insulin↓, glucagon↑ → PKA, AMPK ↑ → ACC 인산화 (활성 억제) → Malonyl-CoA ↓ → β-oxidation ↑ → Acetyl-CoA(에너지) 생산↑
③ PPARα
• 기능: 지방산 산화 효소들의 전사인자
• 조절: 지방산에 의해 활성화
• 금식 → 세포 내 FA↑ → PPARα 활성화 → FA Oxidation↑
• 지방산을 주에너지원으로 사용하는 신생아, 마라톤 선수에서 중요
④ CREB
• 기능: 지방산 산화 효소들의 전사인자
• 조절: PKA에 의해 활성화
• 저혈당 → 글루카곤↑ → PKA 활성화 → CREB 인산화 (활성화) → FA Oxidation↑
3. 불포화지방산의 산화: Linoleic acid의 산화
1) 포화지방산과의 차이: β-oxidation 위한 전처리 필요 (1) enoyl-CoA isomerase: ∆3 → ∆2 (2) 2,4-dienoyl-CoA reductase: ∆2,4 → ∆3 2) 에너지 생산: 4 ATP 손해 (FADH2 1개 덜 생산, NADPH+H+ 추가 소모) |
4. α-Oxidation
1) 대상: β-Oxidation이 불가능한 지방산
2) 과정: 탄소 한 개를 CO2로 산화해 제거, 이후 β-Oxidation 진행
3) 결과: Acetyl-CoA가 아닌 Propionyl-CoA로 종결
4) 예시: Phytanic acid (β-carbon의 methyl group으로 인해 β-oxidation 불가능)
(1) 장소: Peroxisome
(2) 과정
① ATP를 소모해 Phytanic acid에 CoA 부착 (Phytanoyl-CoA synthetase) ② α 탄소에 하이드록시기 부착 (Phytanoyl-CoA hydroxylase) ③ 끝에 문제의 탄소 CO2로 제거 (Lyase) ④ aldehyde를 다시 지방산 형태로 변형 (aldehyde dehydrogenase) ⑤ β-Oxidation 진행 |
5) propionyl-CoA: succinyl-CoA로 변형되어 TCA cycle 진행
Reference
• Lehninger Principles of Biochemistry 8th ed, pp. 2178-2239