식품, 영양 관련 쉽게 정리한 생화학 핵심 요점 요약 정리 12. 지질 대사(2) & 아미노산 및 질소대사(1)

12. 지질 대사(2) & 아미노산 및 질소대사(1)

들어가기

⋅콜레스테롤 혈중 농도 ↑→ 심혈관계질환 발생 위험률 ↑
→ 건강을 위협하는 위험스러운 물질로 주목함
⋅콜레스테롤은 세포막의 주요성분, 스테로이드 호르몬, 비타민 D 및 담즙산 생성의 전
구체로 작용하는 매우 필수적인 물질
⋅체내 세포는 식사로부터 섭취와 생합성을 통해 콜레스테롤을 지속적으로 공급받으며
그 과정은 적절한 기전 에 의해 조절됨
1. 콜레스테롤의 대사
1) 콜레스테롤의 합성
(1) 콜레스테롤의 합성경로
⋅거의 대부분의 조직에서 콜레스테롤 합성이 가능하나 간, 장, 부신 정소 및 난소에서
합성량이 많음
⋅특히 간은 가장 대표적인 합성 기관임
⋅콜레스테롤은 긴 사슬 지방산처럼 아세틸 CoA와 NADPH로부터 합성되나 그 과정은
매우 다름
⋅합성은 소포체 막과 세포질에 존재하는 효소들에 의해 이루어짐
① HMG CoA의 합성

⋅피루브산이나 지방산 산화에 의해 생성된 아세틸 CoA 세 분자 + 티올라아제 + HMG CoA
합성효소의 작용 에 의해 순차적으로 축합 → HMG CoA 합성
⋅케톤체 합성경로에서의 HMG CoA 합성과 매우 유사하나 케톤체 합성은 미토콘드리
아에서 진행되는 반면
⋅이 과정은 세포질에서 진행됨
② 메발론산의 합성

⋅HMG CoA 환원효소에 의해 두 분자의 NADPH가 이용되면서 HMG CoA가 메발론
산으로 환원됨
⋅콜레스테롤 합성의 속도조절단계, 활면소포체의 세포질 쪽 표면에 위치하는 HMG
CoA 환원효소가 반응률을 조절하는 주요 효소임
⋅HMG CoA 환원효소는 콜레스테롤의 공급수준에 의해 조절
⋅고콜레스테롤혈증 치료에 사용되는 스타탄의 작용대상이기도 함
③ 활성화된 이소프렌 단위로 전환

⋅세 개의 ATP를 투입하여 탈탄산반응과 인산기 전이에 의해 메발론산을 두 종류의 활
성화된 이소프렌 단위로 전환
⋅연속적 인산화 반응은 분자의 용해성을 증가시킴
⋅이소프렌 단위는 탄소 5개로 이루어진 화합물로 먼저 이소펜티니 피로인산(IPP)를 만듦
⋅이 후, 이성질화효소에 의해 다이메틸알릴피로인산(DPP)로 전환될 수 있음
④ 스쿠알렌 합성

⋅활성화된 이소프렌 단위 6개가 축합하여 스쿠알렌(C30)을 합성
⋅IPP + DPP 축합 → 게라닌 피로인산(GPP:C10)을 만듦, 방출된 피로인산이 가수 분
해되므로 반응은 비가역 적
⋅GPP + IPP 축합 → 파네실 피로인산(FPP:C15)합성, 전이효소가 작용함
⋅두 분자의 FPP 축합 → 스쿠알렌(C30) 합성, 전자공여체로 NADPH를 사용하며, 스
쿠알렌 합성효소가 작용

⑤ 콜레스테롤 합성
⋅스쿠알렌은 산소와 NADPH를 이용하여 고리화된 첫 스테롤 화합물인 라노스테롤 →
연속적인 단계를 거쳐 콜레스테롤로 전환됨
⋅콜레스테롤은 소포체 표면에 위치한 아실 CoA : 콜레스테롤 아실전이효소(ACAT)에
의해 지방산이 전이되어 콜레스테롤 에스테르를 만듦
⋅콜레스테롤 에스테르는 콜레스테롤보다 더 소수성인 형태로 간세포에 저장 or 지단백
질에 포함되어 필요한 다른 조직으로 이동

(2) 콜레스테롤 생합성의 조절
⋅콜레스테롤 생합성과 이동은 여러 기전에 의해 조절됨
⋅생합성 과정은 HMG CoA를 메발론산으로 전환시키는 HMG CoA 환원효소가 주요
속도조절단계로 작용하며, 여러 기전에 의한 대사적 조절을 받음
① 유전자 발현 변화에 의한 조절
⋅세포 내 콜레스테롤 수준 ↓ → HMG CoA 환원효소의 발현 증가 → 콜레스테롤 합성 증가
⋅세포 내 콜레스테롤 수준 ↑ → HMG CoA 환원효소의 전사 활성화 되지 못함 & LDL수용체
의 유전자 전사가 감소되어 혈액으로부터 콜레스테롤 유입이 줄어듬
② 호르몬에 의한 조절
⋅인슐린은 HMG CoA 환원효소의 발현을 증가시킴
⋅글루카곤은 억제하는 효과가 있음
③ 인산화에 의한 효소 활성 변화에 의한 조절
⋅세포 내 ATP 수준 ↓ → AMP 농도 ↑ → 단백질 키나아제(AMPK) 활성화 → HMG CoA 환
원효소가 인산화 → 효소활성 억제 → 콜레스테롤 합성 억제
④ 효소의 분해에 의한 조절
⋅세포 내 콜레스테롤 수준 ↑ → HMG CoA 환원효소 분해 촉진
⋅콜레스테롤 생합성의 전구체인 라노스테롤 증가 → HMG CoA 환원효소 분해 촉진
(3) 스테로이드 호르몬의 합성

⋅콜레스테롤은 모든 스테로이드 호르몬의 전구물질
-미네랄코르티코이드(부신피질) : 신장에서 무기이온(Na+, Cl--, HCO3- )의 재흡수를 조절
-글루코코르티코이드(부신피질) : 당신생 조절, 단백질과 탄수화물대사에 영향을 주고 면역반응
과 염증반응에 참여
-성호르몬(프로게스테론, 안드로겐, 에스트로겐 ) : 이차 성징 발현, 여성의 생리 주기 조절
⋅스테로이드 호르몬들은 모두 콜레스테롤에서 전환된 프레그네놀론, 프로게스테론이라
는 공통의 전구물질을 통해 만들어짐

2) 콜레스테롤의 수송과 지단백질의 대사

⋅콜레스테롤은 수용성이 아니라서 조직 내에 저장 또는 호르몬, 담즙산 및 비타민 D 등으로
합성되기 위해서는 → 지단백질의 형태로 운반되어야 함
⋅저밀도지단백질(LDL) & 고밀도지단백질(HDL)이 콜레스테롤의 수송과 대사에 중요한
역할을 함
(1) LDL의 대사

⋅LDL은
→ 혈중 콜레스테롤의 약 60% 가 결합된 콜레스테롤의 주요 운반체임
→ 간에서 만들어진 VLDL이 말초조직에서 지단백질 리파아제(LPL)에 의해 주요성분
인 중성지방에 제거되면서 전환된 것
→ 중성지방 함량 콜레스테롤과 콜레스테롤 에스테르가 주요 성분
→ apoB100을 주요 아포지단백질을 가지고 있어 apoB100을 인지하는 세포막 LDL
수용체가 있는 간 외 조직으로 콜레스테롤을 운반함
⋅LDL의 apoB100 & LDL수용체 간의 상호작용이 LDL의 세포 내 이입(endocytosis)
에 결정적으로 중요함
⋅LDL수용체 → 소포체에서 합성, 골지체에서 가공 및 성숙된 후 세포막으로 표적화됨
⋅LDL + LDL 수용체 결합 → 세포 내로 함입 → 엔도좀(endosome)을 만들고 리소좀
과 융합 → 콜레스테롤, 지방산, 아미노산 및 인지질 등으로 가수분해 → LDL 수용체
는 세포표면으로 돌아가 다시 LDL 흡수에 이용됨
⋅세포 내로 들어온 콜레스테롤 → 세포막의 구성물질, 스테로이드 호르몬 및 담즙산의
전구체로 사용 or ACAT에 의해 콜레스테롤 에스테르로 전환되어 세포 내에 저장됨
⋅충분한 양의 콜레스테롤의 세포 내로 들어오면 콜레스테롤의 생합성 속도 감소, LDL
수용체 합성을 억제 → 세포 내에 더 이상 과량의 콜레스테롤이 들어오지 못하도록
조절함
⋅혈관 상피세포에 손상 → 단핵구가 상피세포에 부착되어 내막 쪽으로 이동
→ 대식세포로 전환
⋅대식세포에 있으며 산화된 LDL과 친화도가 높은 수용체는 콜레스테롤 농도에 의해
조절되지 않음 → 대식 세포 내에 콜레스테롤 축전 거품세포(foam cell)로 변형
→ 동맥경화성 플라크(plque)를 형성함

(2) HDL의 대사

⋅HDL은 콜레스테롤을 조직에서 간으로 이동
→ 담즙산으로 전환하여 배출할 수 있게 함
→ 조직 내의 과다한 콜레스테롤 축적을 막을 수 있음
⋅단백질이 풍부한 작고 납작한 원반형의 지단백질로 생성되어 혈류로 배출됨
⋅신생 HDL(nascent HDL)에 있는 apoAI이 혈장 효소인 레시틴 : 콜레스테롤 아실전이효소
(LCAT)를 활성화 시킴
⋅LCAT → 레시틴(포르파티딜콜린)의 2번 위치에 부착된 지방산을 콜레스테롤로 전이시켜 콜레
스테롤 에스테르를 생성하는 효소
⋅생성된 콜레스테롤 에스테르는 소수성 → HDL중심부에 축적 → 납작한 원반형의 신생 HDL
형태로부터 점차로 둥근 미셀 형태의 HDL로 전환됨
⋅콜레스테롤 에스테르가 풍부한 HDL 수용체 의존성 세포 내 이입 방법으로 직접적으로 간세포
내로 들어가거나, 스테로이드 호르몬을 만드는 세포 또는 간세포의 막수용체에 결합 → 콜레스
테롤을 세포 내로 이동시 킴
⋅HDL은 간 외 조직의 콜레스테롤과 결합 → 간으로 운반 → 담즙 생성에 사용할 수 있게 하는
콜레스테롤 역수송 역할을 함
⋅조직의 콜레스테롤 과다 축적을 막기 때문에 항동맥경화성 콜레스테롤 수송체로 작용함

(3) 콜레스테롤의 분해
⋅콜레스테롤의 고리구조는 다른 분자와는 달리 더 작은 분자로 분해되지 않음
⋅스테롤 핵이 용해성이 더 좋은 담즙산과 담즙산염을 형성 → 대변에 섞여 체외로 배설할 수 있음
⋅담즙 : 간세포에서 생성, 지질의 소화를 돕는 물질 → 콜레스테롤, 인지질, 담즙산염 및 헴의
분해산물인 담즙색소로 구성되어짐
⋅생성된 담즙 단관을 통해 담낭에 저장 → 지질의 소화를 위해 필요할 때 십이지장으로 분비 →
유화제로 작용함
⋅담즙산염 : 담즙산이 접합(conjugation)되어 만들어진 물질, 높은 용해성 & 양쪽성 특성을 가
짐 → 유화제로 작용

3) 담즙산과 담즙산염의 합성

⋅담즙산 형성 : 간에서 진행됨
⋅가장 중요한 속도조절단계 : 콜레스테롤 7-α-하이드로콜레스테롤이 되는 반응, 소포체에 존재
하는 콜레스테 롤 7-α-수산화효소에 의해 촉매됨
⋅여러 단계에 반응을 거쳐 수산기(-OH)첨가, 이중결합 환원, 탄화수소 사슬 짧아짐, 카르복실기
(-COO-)가 곁사슬에 첨가 → 담즙산 생성
⋅담즙산은 한 분자 내에 극성과 비극성 부분을 모두 가지는 양쪽성 물질 → 콜산(cholic acid)
과 디옥시콜산(deoxycholic acid)이 대표적인 물질
⋅속도조절단계는 콜레스테롤에 의해 촉진되고 최종 생성물인 콜산에 의해 억제됨
⋅생성된 담즙산은 간에서 글리신 or 타우린과 결합 → 담즙산염을 만듬
⋅담즙산염 : 글리신의 카르복실기나 타우린의 황산기(SO4-)가 생리적 pH에서 이온화하므로 양쪽
성이 더욱 커져 담즙에서 유화제로 작용할 수 있게 됨

4) 담즙산염의 장간순환 ⋅소장에서 지질의 유화에 이용된 담즙산염 → 회장에서 효율적으로 재흡수 → 문맥 → 간으로
(enterohepatic circulation) 들어감 → 간 + 다른 담즙 성분과 함께 담관으로 분비 → 지질의 유화에 재사용되는 현상 →
담즙산염의 장간순환 (enterohepatic circulation)이라 부름
⋅하루에 15~30g의 담즙산염이 간에서 십이지장으로 분비
⋅95%이상이 재 흡수되고 약 0.5g만이 대변으로 손실됨

2. 아이코사노이드의 대사

⋅탄소 수가 20개인 지방산이 산화되어 생긴 물질 → 프로스타글란딘, 트롬복산, 류코트라이엔, 리폭신 등
⋅낮은 농도로도 다양한 생리적 기능을 수행함 → 염증성 반응, 통증과 발열, 혈압 조절, 혈액 응
고, 분만 신호, 수면 가상 주기의 조절 등
⋅대부분 아이코사노이드들은 아라키돈산으로부터 생성
⋅고리산소화효소(COX), 리폭시제나아제(LO), 에폭시나아제가 작용하는 세 가지 경로로 생성됨

1) 아라키돈산의 생성과 이용

⋅아라키돈산은 n-6 지방산인 리놀레산(linoleic acid)으로부터 생성됨
⋅탈포화효소와 장쇄화효소의 작용에 의해 생성, 세포막의 인지질에 결합된 상태로 존재
⋅포스포리파아제 A2(PLA2)가 인지질의 2번 탄소에 있는 아실기를 가수분해하여 아라키돈산이
떨어져 나오도록 함
⋅어떤 종류의 지방산이 기질로 이용이 되느냐에 따라 생성되는 프로스타노이드라 종류가 달라짐
⋅이중결합 3개가 기질로 이용 → 1계열의 프로스타노이드 생성
⋅이중결합 4개가 기질로 이용 → 2계열의 프로스타노이드 생성
⋅이중결합 5개인 EPA가 이용되면 → 3계열의 프로스타노이드가 생성

2) 고리산소화효소에 의한 아이코사노이드의 생성
⋅고리산소화효소(COX) → COX-1, COX-2의 두 가지 동위효소(isozyme)이 있음
⋅COX-1 : 거의 대부분의 조직에서 항상 발현됨 → 위점막 조직의 항상성 유지, 혈소판 응집,
신장기능의 항 상성 유지 등에 필요함
⋅COX-2 : 사이토카인, 엔도톡신, 성장인자 등에 발현이 유발되는 효소 → 통증, 발열, 염증 반
응 등에 관여 함
⋅아스피린과 같은 소염제(NSAIDs)들은 COX(1,2)의 작용을 억제 → 염증 반응을 완화시킴 →
통증이나 열을 낮춤
⋅COX-1의 작용 억제로 인해 위 점막의 약화나 혈액 응고 시간 지연 등 소염제의 부작용이 나
타나기도 함

3) 리폭시게나아제에 의한 아이코사노이드의 생성
⋅아라키돈산이 리폭시게나아제의 작용을 받게 되면 → 류코트리엔, 하이드로페록시아이코사테트
레노인산 (HPETE), 리폭신 등이 생성됨
⋅리폭시게나아제에 의한 작용은 사이클로펜탄 고리 구조의 생성이 일어나지 않기 때문에 직선형
경로라고도 함
⋅리폭시게나아제는 5-, 12-, 15 리폭시게나아제가 있음

4) 아이코사노이드들의 기능

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