지방산 : 구조, 유형, 기능, 생합성 - 생물학 - 2026

지방산은 탄소 원자와 수소를 갖는 소수성의 긴 사슬로 구성되는 탄화수소로부터 유도 된 유기 고분자이다 (지용성이다)과 지방 및 지질의 구조에 기초한다.

그들은 탄화수소 사슬의 길이와 이중 결합의 존재, 수, 위치 및 / 또는 구성에 의해 서로 구별되는 매우 다양한 분자입니다.

포화 지방산의 일반적인 계획 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 Laghi.l)

동물, 식물, 균류, 박테리아 및 효모와 같은 미생물의 지질에는 100 가지 이상의 다른 종류의 지방산이 설명되어 있으며 대부분의 생물에서 종 및 조직 특이적인 것으로 간주됩니다.

사람이 매일 섭취하는 기름과 지방은 동물성이든 식물성이든 주로 지방산으로 구성되어 있습니다.

소개

무엇보다도 버터는 본질적으로 지방산으로 구성되어 있습니다 (출처 : Africa Studio, pixabay.com)

지방산 분자는 세포 수준에서 중요한 기능을 수행하여 필수 성분이되며, 일부는 동물에 의해 합성 될 수 없기 때문에 식단에서 얻어야합니다.

지방산은 세포 세포질에서 유리 종으로 흔하지 않으므로 일반적으로 다음과 같은 다른 분자 접합체의 일부로 발견됩니다.

-생물학적 막의 지질.

-식물과 동물의 예비 역할을하는 트리글리세리드 또는 지방산 에스테르.

-장쇄 지방산과 알코올의 고체 에스테르 인 왁스.

-기타 유사 물질.

동물에서 지방산은 세포의 세포질에 트리 아실 글리세롤이라는 복합체로 구성된 작은 지방 방울로 저장되며, 이는 각각의 원자에서 결합 된 글리세롤 분자에 지나지 않습니다. 탄소, 에스테르 결합에 의한 지방산 사슬.

박테리아는 짧고 일반적으로 단일 불포화 지방산을 가지고 있지만, 자연적으로 사슬에 탄소 원자 수가 짝수 (보통 14 ~ 24 개, 포화, 단일 불포화 또는 다중 불포화) 인 지방산을 찾는 것이 일반적입니다.

구조

지방산은 양친 매성 분자입니다. 즉, 화학적으로 정의 된 두 영역, 즉 친수성 극성 영역과 소수성 무극 영역이 있습니다.

소수성 영역은 화학적 측면에서 매우 반응성이없는 긴 탄화수소 사슬로 구성됩니다. 반면 친수성 영역은 산처럼 행동하는 말단 카르복실기 (-COOH)로 구성됩니다.

이 말단 카르복실기 또는 카르복시산은 용액에서 이온화되고 반응성이 높고 (화학적으로 말하면) 매우 친수성이므로 지방산과 다른 분자 사이의 공유 결합 부위를 나타냅니다.

지방산의 탄화수소 사슬의 길이는 일반적으로 탄소 원자 수가 짝수이며, 이는 탄소 쌍으로 성장하기 때문에 생성되는 생합성 과정과 밀접한 관련이 있습니다.

가장 흔한 지방산은 16 개에서 18 개 사이의 탄소 원자 사슬을 가지고 있으며 동물에서이 사슬은 분지되지 않습니다.

분류

지방산은 구성하는 결합의 특성, 즉 탄화수소 사슬의 탄소 원자 사이에 단일 결합 또는 이중 결합의 존재에 따라 두 개의 큰 그룹으로 분류됩니다.

따라서 포화 및 불포화 지방산이 있습니다.

-포화 지방산은 단 하나의 탄소-탄소 결합을 가지며 모든 탄소 원자는 "포화"되거나 수소 분자에 부착됩니다.

-불포화 지방산은 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 가지고 있으며 이들 모두가 수소 원자에 부착되어 있지는 않습니다.

불포화 지방산은 또한 불포화 지방산 (이중 결합)의 수에 따라 단일 불포화, 단 하나의 이중 결합, 다중 불포화, 하나 이상으로 나뉩니다.

포화 지방산

그들은 일반적으로 단일 결합으로 연결된 4 ~ 26 개의 탄소 원자를 가지고 있습니다. 융점은 사슬의 길이, 즉 분자량에 정비례합니다.

탄소수가 4 ~ 8 개인 지방산은 25 ° C에서 액체이며 식용유를 구성하는 반면 탄소 원자가 10 개 이상인 지방산은 고체입니다.

가장 흔한 것은 라 우르 산으로, 야자 핵과 코코넛 오일에 풍부합니다. 야자, 코코아, 라드에서 발견되는 팔 미트 산, 코코아 및 경화유에서 발견되는 스테아르 산.

그들은 불포화 지방산보다 훨씬 더 안정성이있는 지방산이며, 특히 적어도 생리적 조건 하에서 산화에 대해 더욱 그렇습니다.

탄소-탄소 단일 결합이 자유롭게 회전 할 수 있기 때문에 포화 지방산은 매우 유연한 분자이지만 입체 장애가 완전히 확장 된 구조를 가장 에너지 적으로 안정적으로 만듭니다.

불포화 지방산

이 지방산은 반응성이 높고 포화 및 산화되기 쉽습니다. 그들은 식물과 해양 생물에서 흔합니다. 이중 결합이 하나만있는 것은 단일 불포화 또는 단일에 노산으로 알려져 있으며, 두 개 이상의 이중 결합을 갖는 것은 폴리에 노산 또는 다중 불포화로 알려져 있습니다.

이중 결합의 존재는 위치 9와 10 사이의 탄소 원자간에 공통적이지만 이것이 다른 위치에 불포화가있는 단일 불포화 지방산이 발견되지 않음을 의미하지는 않습니다.

불포화 지방산은 포화 지방산과 달리 말단 카르복실기가 아닌 첫 번째 C-C 이중 결합의 위치에 따라 오메가 -6 또는 ω6 산의 두 그룹으로 나뉩니다. 및 오메가 -3 또는 ω3.

오메가 -6 산은 탄소 번호 6에 첫 번째 이중 결합을 가지고 있으며 오메가 -3 산은 탄소 번호 3에 이중 결합을 가지고 있습니다. ω라는 이름은 마지막 메틸기에 가장 가까운 이중 결합으로 주어집니다.

이중 결합은 "cis"및 "trans"로 알려진 두 가지 기하학적 구성에서도 찾을 수 있습니다.

대부분의 천연 불포화 지방산은 "시스"구성을 가지며 상업적 (수소화) 지방에 존재하는 지방산의 이중 결합은 "트랜스"에 있습니다.

다중 불포화 지방산에서 두 개의 이중 결합은 일반적으로 적어도 하나의 메틸 그룹, 즉 두 개의 수소 원자에 결합 된 탄소 원자에 의해 서로 분리됩니다.

풍모

지방산은 살아있는 유기체에서 여러 기능을 가지고 있으며, 위에서 언급했듯이 필수 기능 중 하나는 생물학적 막의 주요 구성 요소이자 유기체에서 가장 풍부한 세 가지 생체 분자 중 하나 인 지질의 필수 부분입니다. 단백질 및 탄수화물과 함께 살아 있습니다.

그들은 또한 ATP 및 기타 중간 대사 산물의 형태로 많은 양의 에너지가 얻어지기 때문에 우수한 에너지 기질입니다.

예를 들어 동물이 탄수화물을 저장할 수 없다는 점을 감안할 때 지방산은 과도하게 소비 된 당의 산화에서 비롯되는 주요 에너지 저장 원입니다.

결장의 단쇄 포화 지방산은 물과 나트륨, 염화물 및 중탄산염 이온의 흡수를 자극하는 데 참여합니다. 또한 점액 생성, 대장 세포 (결장 세포)의 증식 등의 기능을합니다.

불포화 지방산은 특히 모든 인간의 식단에 중요한 식용 식물성 기름에 풍부합니다.

우리가 매일 섭취하는 오일은 지방산입니다 (출처 : stevepb, pixabay.com)

다른 것들은 효소 활성을 가진 일부 단백질의 리간드로 참여하기 때문에 그들이 발견되는 세포의 에너지 대사에 미치는 영향과 관련하여 중요합니다.

생합성

지방산의 분해는 β- 산화로 알려져 있으며 진핵 세포의 미토콘드리아에서 발생합니다. 반대로 생합성은 동물 세포의 세포질과 식물 세포의 엽록체 (광합성 세포 기관)에서 발생합니다.

이는 아세틸 -CoA, 말로 닐 -CoA 및 NADPH에 의존하는 과정으로 모든 생물체와 포유류와 같은 "고등"동물에서 발생합니다. 예를 들어 간 및 지방 조직은 물론 유선에서도 매우 중요합니다.

이 경로에 사용되는 NADPH는 주로 5 탄당 인산 경로의 NADP 의존적 산화 반응의 생성물 인 반면, 아세틸 -CoA는 피루 베이트의 산화 적 탈 카복실 화와 같은 다른 공급원에서 나올 수 있습니다. 크렙스 사이클과 지방산의 β- 산화.

생합성 경로는 β- 산화와 마찬가지로 모든 세포에서 알로 스테 릭 이펙터와 조절에 참여하는 효소의 공유 변형에 의해 고도로 조절됩니다.

-말로 닐 -coA 합성

이 경로는 아세틸 -CoA 분자에서 말로 닐 -CoA로 알려진 대사 중간체의 형성으로 시작되며 아세틸 -CoA 카르 복실 라제라고하는 다기능 효소에 의해 촉매됩니다.

이 반응은 비오틴 의존적 카르 복실 분자 (-COOH, 카르 복 실화)의 부가 반응이며 두 단계로 발생합니다.

1. 첫째, 중탄산염 유래 카르 복실 (HCO3-)의 비오틴 분자로의 ATP 의존적 전달은 아세틸 -CoA 카르 복실 라제와 관련된 보철 (비 단백질) 그룹으로 발생합니다.
2. 그 후, CO2는 아세틸 -coA로 옮겨지고 말로 닐 -coA가 생성됩니다.

-경로의 반응

동물에서 지방산의 탄수화물 사슬의 형성은 지방산 합성 효소로 알려진 다량 체 및 다기능 효소에 의해 촉매되는 순차적 축합 반응을 통해 추가로 발생합니다.

이 효소는 아세틸 -CoA 카르 복실 라제 반응에서 생성 된 아세틸 -CoA 단위와 다중 말로 닐 -CoA 분자의 축합을 촉매합니다. 그것은 추가합니다.

성장하는 지방산은 아실 그룹과 함께 티오 에스테르를 형성하는 "아실 운반 단백질"또는 ACP라는 단백질로 에스테르 화됩니다. E. coli에서는이 단백질이 10kDa 폴리펩티드이지만 동물에서는 지방산 합성 효소 복합체의 일부입니다.

이러한 티오 에스테르 결합이 끊어지면 다량의 에너지가 방출되어 열역학적으로 말하면 생합성 경로에서 응축 단계가 발생할 수 있습니다.

지방산 합성 효소 복합체

박테리아에서 지방산 합성 효소 활성은 실제로 아세틸 -coA 및 말로 닐 -coA를 사용하여 지방산을 형성하고 6 개의 다른 효소 활성이 연관되는 6 개의 독립적 인 효소에 해당합니다.

동물의 동종 이합체 및 다기능 지방산 신타 제 복합체 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 Boehringer Ingelheim)

반대로 포유류에서 지방산 합성 효소는 분자량이 약 500kDa 인 다기능 동종 이합체 효소 복합체로, 6 개의 서로 다른 촉매 활성을 가지며 아실 운반체 단백질이 결합합니다.

1 단계 : 프라이밍 반응

ACP 효소에 대한 대사 중간체의 결합을 담당하는 시스테인 잔기의 티올 그룹은 합성 시작 전에 필요한 아실 그룹과 함께로드되어야합니다.

이를 위해 아세틸 -coA의 아세틸 그룹은 지방산 합성 효소의 ACP 서브 유닛의 시스테인 잔기 중 하나의 티올 그룹 (-SH)으로 전달됩니다. 이 반응은 ACP-acyl-transferase 서브 유닛에 의해 촉매됩니다.

그런 다음 아세틸 그룹은 ACP에서 β-ketoacyl-ACP-synthase로 알려진 복합체의 다른 효소 서브 유닛의 촉매 부위에있는 다른 시스테인 잔기로 전달됩니다. 따라서 효소 복합체는 합성을 시작하기 위해 "프라이밍"됩니다.

2 단계 : 말로 닐 -CoA 단위 이동

아세틸 -CoA 카르 복실 라제에 의해 생성 된 말로 닐 -CoA는 ACP의 티올 그룹으로 전달되고이 반응 동안 CoA 부분이 손실됩니다. 반응은 지방산 신타 제 복합체의 말로 닐 -ACP- 트랜스퍼 라제 서브 유닛에 의해 촉매 화되며, 그 후 말로 닐 -ACP를 생성합니다.

이 과정에서 말로 닐 그룹은 각각 에스테르 및 다른 설 프히 드릴 결합을 통해 ACP 및 β- 케토 아실 -ACP- 신타 제에 연결됩니다.

3 단계 : 응축

효소 β-ketoacyl-ACP-synthase는 "프라이밍"단계에서 부착 된 아세틸 그룹을 이전 단계에서 ACP로 전달 된 malonyl 그룹의 2- 탄소로 전달하는 것을 촉매합니다.

이 반응 중에 CO2 분자가 말로 닐에서 방출되는데, 이는 아세틸 -CoA 카르 복실 라제 카르 복 실화 반응에서 중탄산염에 의해 제공되는 CO2에 해당합니다. 그런 다음 Acetoacetyl-ACP가 생성됩니다.

4 단계 : 감소

β- 케토 아실 -ACP- 환원 효소 서브 유닛은 아세토 아세틸 -ACP의 NADPH 의존적 환원을 촉매하여 D-β- 하이드 록시 부티 릴 -ACP를 형성한다.

5 단계 : 탈수

이 단계에서 트랜스 -α, β- 아실 -ACP 또는 ∆2- 불포화-아실 -ACP (크라 토닐 -ACP)는 에노 일-서브 유닛의 작용에 의한 D-β- 하이드 록시 부티 릴 -ACP의 탈수 생성물 인 형성된다. ACP- 하이 드라 타제.

나중에, enoyl-ACP-reductase subunit에 의해 촉매되는 NADPH 의존적 반응에 의해 cratonyl-ACP가 butyryl-ACP로 환원됩니다. 이 반응은 거의 모든 지방산의 전구체 인 팔미 토일 -ACP를 생성하는 데 필요한 7 개의주기 중 첫 번째를 완료합니다.

후속 축합 반응은 어떻게 진행됩니까?

부티 릴 그룹은 ACP에서 β- 케토 아실 -ACP- 신타 제에있는 시스테인 잔기의 티올 그룹으로 전달되어 ACP는 말로 닐 -CoA로부터 다른 말로 닐 그룹을 받아 들일 수 있습니다.

이러한 방식으로 발생하는 반응은 malonyl-ACP와 buturyl-β-ketoacyl-ACP-synthase의 축합으로 β-ketohexanoyl-ACP + CO2를 생성합니다.

후속 단계 (말로 닐 단위 5 개 추가 추가 후)에서 발생하는 팔미 토일 -ACP는 티오 에스 테라 제 효소의 활성 덕분에 유리 팔 미트 산으로 방출 될 수 있으며, CoA로 전달되거나 포스 파티 드산에 통합 될 수 있습니다. 인지질 및 트리 아실 글리세 라이드 합성 경로.

팔 미트 산의 구조 (출처 : Andel, via Wikimedia Commons)

β- 케토 아실 -ACP- 신타 제 서브 유닛의 촉매 부위는 그 길이의 지방산 만 수용 할 수있는 구성을 갖기 때문에 대부분의 유기체의 지방산 합성 효소는 팔미 토일 -ACP 합성에서 멈 춥니 다.

탄소 원자 수가 홀수 인 지방산은 어떻게 형성됩니까?

이들은 해양 생물에서 비교적 흔하며 지방산 합성 효소 복합체에 의해 합성됩니다. 그러나 "프라이밍"반응은 3 개의 탄소 원자를 갖는 더 긴 분자 인 프로피 오닐 -ACP에서 발생합니다.

장쇄 지방산은 어디에서 어떻게 형성됩니까?

논의 된 바와 같이 팔 미트 산은 많은 장쇄 포화 및 불포화 지방산의 전구체 역할을합니다. 지방산의 "신장"과정은 미토콘드리아에서 발생하는 반면 불포화의 도입은 본질적으로 소포체에서 발생합니다.

많은 유기체는 낮은 환경 온도에 적응하기 위해 포화 지방산을 불포화 지방산으로 전환합니다. 이는 지질의 융점을 실온 이하로 유지할 수 있기 때문입니다.

지방산의 특성

지방산의 많은 특성은 사슬 길이와 불포화의 존재 및 수에 따라 달라집니다.

-불포화 지방산은 같은 길이의 포화 지방산보다 융점이 낮습니다.

-지방산의 길이 (탄소 원자 수)는 분자의 유동성 또는 유연성에 반비례합니다. 즉, "짧은"분자가 더 유동적이며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

일반적으로 유동성 지방 물질은 불포화가있는 단쇄 지방산으로 구성됩니다.

식물은 매우 낮은 온도에서 사는 동물뿐만 아니라 많은 양의 불포화 지방산을 가지고 있는데, 이는 세포막에 존재하는 지질 성분으로서 이러한 조건에서 더 큰 유동성을 제공하기 때문입니다.

생리적 조건에서 지방산의 탄화수소 사슬에 이중 결합이 있으면 약 30 °의 곡률이 발생하여 이러한 분자가 더 큰 공간을 차지하고 반 데르 발스 상호 작용의 강도가 감소합니다.

지질 분자와 관련된 지방산의 이중 결합의 존재는 그들이 속한 막에서 가질 수있는 "포장"정도에 직접적인 영향을 미치므로 막 단백질에도 영향을 미칩니다.

수성 매질에 노출 된 카르복실기를 갖는 지방산 미셀 형성의 예 (출처 : Benutzer : Anderl via Wikimedia Commons)

지방산의 용해도는 사슬 길이가 증가함에 따라 감소하므로 반비례합니다. 수성 및 지질 혼합물에서 지방산은 미셀로 알려진 구조에서 결합합니다.

미셀은 지방산의 지방족 사슬이 "둘러싸여 져"모든 물 분자를 "추출"시키고 표면에서 카르복실기가 발견되는 구조입니다.

명명법

지방산의 명명법은 다소 복잡 할 수 있습니다. 특히 지방산이 발견되는 장소 또는 기타 특성과 함께 종종 일부 물리 화학적 특성과 관련된 일반적인 이름을 언급하는 경우 특히 그렇습니다.

많은 저자들은 말단 카르복실기 덕분에 이러한 분자가 생리 학적 pH에서 이온화되므로이를 위해 종결 "ato"를 사용하여 "카르 복실 레이트"라고 지칭해야한다고 생각합니다.

IUPAC 시스템에 따르면, 지방산의 탄소 원자의 계수는 분자의 극성 끝에있는 카르 복실 그룹에서 만들어지며이 그룹에 부착 된 처음 두 개의 탄소 원자를 각각 α 및 β라고합니다. . 사슬의 말단 메틸은 탄소 원자 ω를 포함합니다.

일반적으로 체계적인 명명법에서는 "모"탄화수소 (동일한 수의 탄소 원자를 가진 탄화수소)의 이름이 주어지며 그 끝 "o"가 지방산 인 경우 "oico"로 대체됩니다. 불포화, 결말 "enoic"이 추가됩니다.

예를 들어 C18 (C18) 지방산의 경우를 고려하십시오.

-같은 탄소수를 가진 탄화수소는 옥타 데칸으로 알려져 있기 때문에 포화 산을 "옥타 데칸 산"또는 "옥타 데 카노 에이트"라고하며 그 통칭은 스테아르 산입니다.

-구조에서 한 쌍의 탄소 원자 사이에 이중 결합이 있으면 "octadecenoic acid"라고합니다.

-두 개의 이중 결합 c-c가 있으면 "octadecadienoic acid"라고하고 세 개의 "octadecatrienoic acid"를가집니다.

명명법을 요약하고 싶다면 18 : 0이 18- 탄소 지방산에 사용되고 이중 결합 (포화)이 없으며 불포화 정도에 따라 0 대신 18 : 1이 a가있는 분자에 대해 작성됩니다. unsaturation, 18 : 2는 두 개의 불포화가있는 것 등입니다.

어떤 탄소 원자가 불포화 지방산의 이중 결합인지 지정하려는 경우, 기호 ∆는 불포화 위치를 나타내는 숫자 위첨자와 함께 사용되며 다음에 따라 접두사 "cis"또는 "trans"가 사용됩니다. 이것의 구성.

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