지난 시간까지 Glucose관련된 Metabolism을 공부했습니다.
ATP생성및 에너지원의 저장소로 쓰이는 또다른 물질~ Fatty acid에 대한 내용입니다.

Fatty acid역시 energy의 storage를하는 중요한 물질입니다. 이 지방의 성질상 물에 잘 녹지 않기에~ 체내에서도 물과 떨어져 자기네들끼리 뭉쳐서 존재하죠~ 체내에 녹아있는 물질이 아닌지라 그 사용에 용이하지 않는 성질이 있겠죠..이것이 장점이자 단점입니다. ATP가 필요할때 우선적으론 체내에 녹아있는 물질인 Glucose와 Glycogen을 먼저 소비하고..이놈들 마져 없을땐..지방을 분해해 ATP를 만드는거지요~ 그래서 fatty acid를 long term storage로써 쓰입니다. 겨울잠 자는 곰이나 장거리 여행을 하는 철새들의 경우 이 fatty acid를 충분히 맹글었다가 음식을 섭취하지 않는 동안 ATP생성을 위해 이들을 분해하는거지요~

Fatty acid라 함은 긴 carbon chain에 끝에 COO-기를 지닌 산을 말합니다.

Fat의 가장 흔한 형태인 Triacylglycerol의 경우 fatty acid와 glycerol의 복합체이죠..이놈이 fat cell에 축적되어 있습니다. 이놈이 분해되면 Glycerol와 fatty acid가 되어 혈액으로 분비되고 Glycerol은 liver에 받아들여 Glycolysis상의 intermediate인 DHAP로 변환되어 에너지 생성에 이용될수 있습니다. 

반면 Fatty acid는 에너지를 필요로 하는 tissue로 가서 분해되어 에너지 생성에 이용됩니다. Glucose에 비해 엄청난 양의 에너지를 만들어낼수 있죠~ 지방의 칼로리가 왜 높은지 함 봅시다~~

Fatty acid를 분해할때 먼저 이 fatty acid는 CoenzymeA (CoA)와 결합하여 Acyl-CoA가 되어야 합니다. 이 아래의 반응은 한분자의 ATP가 분해되는 에너지로 이뤄지고..Acyl CoA synthetase라는 효소가 도와줍니다. 그리하여 만들어진 Acyl CoA가 분해과정을 거칩니다. 나중에 설명하겠지만 합성시에도 최종 물질은 Acyl CoA형태입니다.

아래 그림은 분해 와 합성을 비교한 Summary입니다. 이를 먼저 살펴보고 가면 전체를 이해하기 쉬울거 같군요

분해와 합성이 정확히 역반응은 아닙니다. 사용되어지는 효소도 다릅니다. 하지만 그 화학적 변화 순서를 보면 역반응이라 할수 있습니다.

fatty acid를 Acyl CoA형태로 바뀌면 분해가 준비되었다 할수 있습니다. fatty acid는 long carbon chain으로 되어 있다 했죠~ 오른쪽 말단에 COO-그룹이 CoA와 결합된상태에서 바로 그전에 있는 C-C bond가 산화되어 double bond로 만드는게 다음 단계입니다.

그다음 이 double bond가 물과 반응하여 Hydroxy group으로 바뀝니다. 이 hydroxy group은 산화되어 Ketone으로 변하고 그런 다음 마지막으로 잘려져 탄소 2개짜리의 acetyl 와 탄소수가 2개 줄어든 acyl group으로 나눠집니다. 합성의 경우 정확히 반대의 화학반응으로 이뤄짐을 그림을 보시면 아실겁니다. 이를 염두해 두고 자세한 fatty acid 분해 반응을 살펴봅시다.

CoA와 결합한 fatty acid는 한분자의 ATP를 사용후 acyl CoA가 되죠..이 Acyl CoA는 acyl CoA dehydrogenase에 의해 산화되어 trans Enoyl CoA가 됩니다. Glycolysis할때 한번 말했었는데 산화하여 전자를 내거나 받는 반응에 사용되는 효소를 dehydrogenase라고 하죠~~암튼..이 산화반응에서도 전자가 나오는데 이때 나오는 전자는 FAD로 전달되어 FADH2를 만듭니다. 그리고 trans Enoyl CoA는 hydratase에 의해 물분자를 받아 hydroxyacyl CoA가 되고 이놈은 역시 dehydrogenase에 의해 산화되어 ketoacyl CoA가 됩니다. 이때도 전자가 나오죠..이때 나온 전자는 NAD에 가서 NADH가 됩니다 마지막으로 ketothiolase에 의해 잘리는데 이때 CoA한분자가 더 들어가서 잘려져 나간 끝자락에 CoA가 붙어서 두 분자의 CoA conjugated compound를 만들죠..하나는 탄소2개지닌 Acetyl CoA 나머지는 2개의 탄소가 떨어져 나간 그래서 짧아진 Acyl CoA가 됩니다. 이 짧아진 Acyl CoA는 맨 윗단계로 올라가 또 분해되어 또 다른 Acetyl CoA를 만들고 또 짧아지고, 또 분해되고 분해되고 ..다 분해될때 까지 분해 될수 있습니다.

그럼...예를 들어볼까요? fatty acid는 carbon chain의 수에 따라 다양하지만 C16으로 된 palmitate가 흔합니다. 이놈을 분해 시켜볼까요? 맨처음엔..어케 되죠? ATP를 하나 써서 C16 acyl CoA가 되겠죠? 그런다음 한번 분해 과정을 거치면 1개의 Acetyl CoA와 C14 acyl CoA가 나올꺼고..분해과정중에 1개의 NADH와 1개의 FADH2가 나오겠죠..이놈을 완전히 분해 할려면 6번의 분해과정이 더 필요할겁니다. 마지막 단계에서 2개의 acetyl CoA가 나오겠죠..암산 해보세요~~

그럼 총 몇개의 ATP만들수 있나 볼까요?

맨 처음에 한개 ATP썼고~

총 7번 분해 해서 8개 Acetyl CoA만드는데..1개의 Acetyl CoA는 citric acid cycle을 거쳐서 산화적 인산화 까지 거치면 10개의 ATP맹그니까..(기억안나시면 앞으로 돌려보세요~) 총 80개의 ATP맹글겠죠?

그리고 7번의 분해과정을 통해 7개의 NADH와 7개의 FADH2가 나오죠..각각이 몇개 ATP만들수 있는지 기억나죠??? NADH는 2.5개 FADH2는 1.5개 그래서 총 28개 ATP

그람 산수 하면 1개의 palmate의 지방산으로 106개의 ATP가 만들어질수 있습니다. Glucose한분자랑 비교한다면~ 그 수가 엄청나죠~

자 그럼 우리는 왜 지방이 열량이 높은지 해결했군요~~

근데 한가지 고려해야 할게 있습니다.

Acetyl CoA가 citric acid cycle로 들어갈려면 그 수만큼의 oxaloacetate (OAA)가 있어야 된다고 배웠죠~ 근데..carbohydrate가 부족할때 즉 당뇨병 환자같이 Glucose가 계속 빠져나가 OAA의 농도가 떨어진다면 Acetyl CoA는 축적될겁니다. 이런경우 Acetyl CoA는 다른 물질로 변환되는데..Acetoacetate나 Aceton 혹은 hydroxy-butyrate등으로 바뀝니다.

이런 물질들을 ketone bodies라 합니다. 이들은 산의 일종이라 pH를 떨어뜨리는 효과를 냅니다. 이런 현상을 Ketosis라 합니다. 그래서 당뇨병과 ketosis는 연관이 있습니다. 그래서 당뇨병 환자의 혈액에서 acetone냄새가 나기도 한다는군요