생화학

8장 지질

1. 지방산 :

1) 지방산의 분류

2

2. 포화지방산과 불포화지방산

1) 포화지방산(saturated fatty acid)

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2) 불포화지방산

     탄소-탄소 이중 결합(double bond)이 한 개 이상 시스-이성질체( cis -isomer) : 대부분의 지방산, 꺽임(kink) 구조 꺽임 구조 : 엉성한 구조로 낮은 융점, 실온에서 액체 예) 팔미트산(palmitic acid, 16:0, 포화지방산, m.p. 63℃) 팔미톨레산(palmitoleic acid, 16:1 △9 ,불포화지방산, m.p. 0℃) 단일 불포화지방산 : 이중 결합 하나 (생물체에 가장 풍부한 것 : 올레산(oleic acid, 18:1 △9 ) 다중 불포화지방산 : 이중 결합 둘 이상 (생물체에 가장 풍부한 것 : 리놀레산(linoleic acid, 18:2 △9,12 ) 4

<구조 표시>

* A(전체 탄소원자 수) : B(이중 결합의 수) * △9 : 카르복시기로부터 9와 10번째 탄소 사이에 이중결합 예) 리놀레산(linoleic acid) : 18:2 Δ9,12 (전체 C수 18개, 카르복시기로부터 9와 12번째 탄소에 이중결합) 5

<대사 관계>

* 식물, 박테리아 - 아세틸 CoA로부터 합성 * 포유동물 - 대부분의 지방산을 음식으로부터 섭취 - 비필수지방산(nonessential fatty acid) : 신체 내에서 합성 - 필수지방산(essential fatty acid) : 음식물을 통해 섭취 예) 리놀레산(18:2 △9,12 ), α-리놀렌산(18:3 △9,12,15 ) (막 구조 성분, 대사 물질의 전구체, 체내 합성 효소 없음) - 필수지방산 부족 : 피부염, 외상 회복 지연, 혈소판 감소,탈모 (필수지방산이 풍부한 음식 : 식물성 기름, 견과, 씨) 6

<ω-3와 ω-6 지방산>

* 말단에서부터 번호를 붙일 때 처음 이중결합 탄소의 번호 예) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH=CHCH 2 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH : linoleic acid(ω-6) CH 3 CH 2 CH=CHCH 2 CH=CHCH 2 CH=CH(CH 2 ) 7 COOH : α-linolenic acid(ω-3) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH=CHCH 2 CH=CHCH 2 CH=CH(CH 2 ) 4 COOH : γ-linolenic acid(ω-6) 7

3. 지질

1) 지질(lipid)의 특성 및 기능

 지질(lipid) - 지방, 기름, 인지질, 스테로이드, 카로티노이드 등의 모든 분자  성질 - 무극성 용매(에테르, 클로로포름, 아세톤)에는 녹지만 물에는 녹지 않음 8

<지질의 기능>

 세포막의 구조 성분 : 인지질, 스핑고지질  에너지 저장 : 트리아실글리세롤(지방, 기름)  보호 및 방수(생물의 외피) : 왁스  신호전달 기능 : 스테로이드 호르몬과 같은 신호전달물질의 생성에 전구체로 이용  인지질, 콜레스테롤 : 열량 생산에는 무관하나 생체막의 구성 성분  스테로이드 물질의 합성에 이용 9

2) 물리적 성질 - 용해성, 비중, 굴절률, 발연성

<용해성(solubility)>

 지방은 에스터 결합으로 되어 있으므로 비 극성(극성인 물에는 난용)  비극성 용매인 ether, benzene, chloroform등에 용해  같은 용매에 대해서 탄소수가 많을수록, 불포화도가 클수록 용해도는 감소 10

<비중(specific gravity)>

   0.92~0.94로 물보다 가볍고, 저급 지방산의 함량이 많을수록 비중은 커짐 -OH를 가지고 있거나 지방산이 산화하여 저급지방산이 생기면 비중은 커짐

<굴절율(reflective index)>

 지질의 굴절률은 1.45~1.47

 분자량이 클수록, 불포화도가 클수록 굴절률은 증가.

 수소 첨가로 요오드가가 감소하면 그 굴절률도 감소  일정 온도에서 굴절률은 재현성이 있으므로 지질을 식별하는데 유용한 정보가 됨 11

<발연점, 인화점, 연소점>

 발연점(smoke point) - 가열시 유지의 표면에서 옅은 푸른 연기가 발생하는 온도 - 콩기름 : 181도 이상, 옥수수 : 178도 이상 - 유지가 발연하면 지방산은 알데하이드 등 휘발성 물질 - 글리세롤은 acrolein을 생성 : 자극적인 냄새  인화점(flash point) - 발생되는 증기가 공기와 혼합되어 발화되는 온도 - 발연점이 높은 유지는 인화점도 높다.

 연소점(fire point) - 유지가 계속해서 연소가 지속되는 온도 - 유지의 정제 정도, 순도, 유리 지방산의 함량에 영향을 받음 * 발연점이 낮아지는 조건 - 유리지방산이 많을수록 - 기름의 표면적이 넓을수록 - 이물질이 혼합되었을 때 12

4. 지질의 분류 :

 단순지질 : 중성지방, 납, 스테롤(콜레스테롤, 답즙산), 스테로이드 호르몬  복합지질 : 인지질, 당지질 13

1) 단순 지질

- 지방산과 알코올이 결합된 에스테르(ester)형의 지질 - 중성지질과 왁스

<중성지질(triglyceride)>

     글리세롤 1 분자에 지방산 3분자가 에스테르 결합 한 것.

전하를 띠지 않음 지방(fat) : 실온에서 고체, 포화지방산이 다량 포함 기름(oil) : 실온에서 액체, 불포화지방산이 다량 포함 MG, DG, TG 14

<단순 지질의 기능>

 동물 - 지방산의 저장원, 운반체 - 글리코겐보다 효율적인 에너지 저장 (분해시 큰 에너지 방출 : 탄수화물 17.2kJ/g, 지방 38.9kJ/g) - 저온에서의 절연체 역할 : 낮은 열전도도, 열손실 방지  식물 - 과일이나 씨앗의 에너지 저장원 (다량의 불포화지방산(올레산, 리놀레산) 포함 : 식물성 기름) 예 : 땅콩, 옥수수, 야자, 콩, 아보카도(avocado), 올리브 15

<왁스>

 고급 지방족 알코올과 지방산의 에스테르  동식물체의 표면에 존재  습윤과 건조 등을 방지  영양학적 가치는 없음 <종류> * 카나우바왁스(carnauba wax) : 왁스 에스테르 멜리실 세로틴산 * 밀납(beewax) : 트리아콘틸 헥사데카노산 16

<스테롤(sterols) – 콜레스테롤>

 콜레스테인(cholestane) : 콜레스테롤의 기본형의 포화고리탄화수소  세포막의 필수 성분  막에서의 역할 : 막의 물리, 화학적인 상태를 유지하는 작용  스테로이드 호르몬(성호르몬, 부신피질 호르몬 등), 담즙산, 비타민 D의 전구물질 (동물 스테로이드는 모두 콜레스테롤을 모체로 체내에서 합성됨)  80~90%는 간장에서 담즙산(cholic acid)으로 대사되어 담즙으로 분비 17

<스테롤(sterols) – 답즙산(bile acid)>

 담즙산 - 간에서 생성  담즙산의 기능 - 지질을 유화 - 장의 운동을 왕성하게 하고 - 위액의 HCl을 중화하며 - 체내 생성물(약물, 독물등)을 제거  담즙산은 glycine과 taurine과 결합하여 glycocholic acid와 taurocholic acid로 전환 18

<스테로이드 호르몬(steroid hormone) – 성호르몬과 부신피질 호르몬>

 스테로이드 호르몬은 모두 알코올 혹은 카보닐 화합물임  성호르몬 – estrogen, progesterone, testosterone 발정호르몬(estrogen) : 난소에서 생성, 난포의 내판에서 분비, 여성 성기 및 유선 발달시킴 황체호르몬(progesterone) : 배란 후 황체에서 분비, 수정 난의 착상을 쉽게 함 남성호르몬(testosterone) : 고환의 간질세포에서 분비, 근육 발달 촉진  부신피질 호르몬 – cortisol, aldosterone, corticosterone cortisol : 간의 당신생 촉진, 당으로부터 지방산 합성을 억제 aldosterone : 신장의 세뇨관에서 Na + 재흡수와 K + 의 배설 촉진 19

2) 복합 지질

- 분자내에 인산, 당, 질소 등을 함유하는 지질 - 인지질, 당지질,

① 인지질(phospholipid) - 포스파티드산을 모체로 함 - 핵, 미토콘드리아등 세포성분의 구성요소 - 뇌조직(30%), 신경조직에도 미량 포함 - 포스파티딜에탄올아민, 포그파티딜콜린, 포스파티딜세린, 포스파티딜이노시톨, 포스파티딜글리세롤 등 * 스핑고미엘린은 세라미드구조의 인지질임 ② 당지질(glyfolipid) - 지방산과 당질(주로 갈락토오스) 및 질소화합물 함유 - 인산, 글리세롤은 존재하지 않음 - 뇌, 신경조직에 많음(뇌의 신경세포막 혹은 조직들의 막에 존재) - 세라미드(스핑고신 + 지방산)를 모체로 함 - 글리코세레브로시드, 갈락토세레브로시드, 강글리오시드 20

<인지질 - 구조> : 인산을 함유하는 지질

 양극성분자(amphipathic molecule) : 친수성 도메인 (인산, 전하를 띠거나 극성을 나타내는 기) : 소수성 도메인 (지방산의 탄화수소사슬)  이중층 형성 : 친수성 부분은 물쪽, 소수성 부분은 안쪽 21

<인지질 - 기능>

 막 구성의 주성분  유화제(emulsifying agent)로 사용  표면활성제(surface active agent) : 물과 같은 액체의 표면장력을 낮추는 물질  뇌의 신경세포막 주요 성분 22

<인지질 – 종류 : 포스포글리세리드, 스핑고 지질> - 포스포글리세리드 -

* phosphatidic acid를 전구 물질로 함 예) 레시틴, 세팔린, 포스타티딜세린, 포스파티딜이노시톨 23

- 스핑고지질(sphingolipid) -

* spingosine과 결합한 물질 (동물 : 스핑고신, 식물 : 피토스핑고신) 예) 스핑고미엘린(sphingomyelin) : 뇌와 신경에 다량 존재 24

<당지질> : 당류를 함유하는 지질

 인산기를 갖지 않음  글리세롤 대신에 스핑고신 분자를 가짐(세라미드)  보통 갈락토스를 함유(갈락토리피드라 함)  갈락토세레브로시드 : 뇌의 세포막에서 발견  대부분 뇌에 존재(세레브로시드)  강글리오시드(ganglioside) : 한 개 이상의 시알산 잔기 가짐 뇌의 단백질이나 적혈구 막에 함유 25

<당지질 - 종류>

* 세리브로시드, 술파티드, 강글리오시드 *  세리브로시드 – 세라미드에 단당류 혹은 이당류가 결합 예) 갈락토세리브로시드 – 뇌의 세포막에서 발견  술파티드 – 세리브로시드가 황산화 된 것.

 강글리오시드 – 한 개 혹은 그 이상의 시알산 잔기를 가진 올리고당 함유 26

<지질단백질>

 지질군(지방산 또는 프레닐기)과 공유 결합한 단백질 (혈장에 존재하는 분자 집합체)  혈장 지질단백질 (트리아실글리세롤, 인지질, 콜레스테롤 같은 지질 분자를 혈액을 통해 운반)  지용성 항산화제(토코페롤, 카로티노이드 등) 분자 포함  아포(지질)단백질 : 지질단백질의 단백질 성분 27

<지단백질 - 분류 : 밀도에 따라 분류>

* 카이로미크론(chylomicron) : - 밀도가 매우 낮음, - 식이성 TG와 콜레스테롤 에스테르를 장에서 지방조직과 근육으로 운반 * 초저밀도 지질단백질(very low density lipoprotein, VLDL, 0.95~1.006g/㎤) : - 간에서 합성, 지질을 조직에 운반 - 운반되는 과정 중 TG, 아포단백질과 인지질을 잃고 - 빠져나간 VLDL은 간에서 흡수되거나, LDL로 전환 28

* 저밀도 지질단백질(low density lipoprotein, LDL, 1.006~1.063g/㎤) : - 콜레스테롤을 조직으로 운반 * 고밀도 지질단백질(high density lipoprotein, HDL, 1.063~1.210g/㎤) : - 간에서 합성, - 과다한 콜레스테롤을 청소 29

3) 유도지질

 지질의 가수분해에 의해서 생성된 물질들  물에는 난용  지방산, 고급알코올 등 30

4. 지질의 일반적 성질 :

1) 가수분해

 에스테르화합물의 분해반응  가수분해(물 첨가)로 지방산과 알코올(글리세롤) 생성 31

2) 검화가(saponification value)

* 유지 1g을 가수분해하는데 필요한 KOH의 mg수 * 평균 분자량을 추정(

검화가가 클수록 저급 지방산

) * 일반 지방산의 검화가 - 200 이하 버터 지방산의 검화가 - 220~235 팜유 지방산의 검화가 - 253~256 32

3) 산가(acid value)

• 유지 1g 중에 함유된 유리지방산을 중화하는데 필요한 KOH의 mg수 • • 산가가 높을수록 지방이 산패되었음을 나타냄 지방의

신선도를 나타내는 지표로

사용됨 33

4) 요오드(iodine value)

* 유지 100g에 결합하는 요오드의 양(g) * 지질의 불포화도를 측정함 *

불포화지방산

이 많을수록 요오드가는 높아진다.

34

5) 첨가반응

① 수소 첨가 - 불포화 지방산을 가진 지질에 H 2 /Ni 로 이중결합을 단일 결합화 - 액체유는 고체지방으로 변함(경화유, hardened oil) ② 산패(rancidity) - 유지를 장기간 저장하면 불쾌한 냄새를 내면서 맛이 나빠지는 현상 35

5. 지방의 기능

 지방은 불용성이므로 삼투압에 영향을 주지 않음  탄력이 크므로 외부 충격에서 장기 보호  열 절연체이므로 체온 유지  당보다 에너지 발생량이 큼  콜레스테롤은 성호르몬과 부신피질 호르몬의 전구체임  생리활성 물질인 프로스타글란딘의 전구체임 36

6. 막

1) 막의 구조

 유동성 모자이크 모델 - 두 분자 지질층 또는 지질 이중층 - 소수성기(안쪽)와 친수성기(바깥쪽)의 배치 - 세포에 따른 단백질과 지질의 구성비 차이  구성 성분 – 단백질, 인지질, 콜레스테롤 37

2) 막 지질의 특성

–

막유동성, 선택적 투과성, 자가봉합력, 비대칭성 *

막 유동성(membrane fluidity)

- 이동에 대한 막 성분의 저항 - 회전, 위치전환(flip-flop), 측면확산(막단백질의 기능과 관계) - 유동성은 인지질 내 불포화지방산의 함량에 의해 결정(밀집도가 떨어짐) → 고농도의 불포화지방산은 막의 유동성을 증가 - 콜레스테롤의 구조적 특성으로 막의 안정성을 유지 38

*

선택적 투과성(selective permeability)

- 지질 이중층의 구조적 특징(친수성의 외부, 소수성의 내부) - 막단백질이 이온과 극성물질의 이동을 조절 *

자가봉합력(self-sealing capacity)

- 지질 이중층의 붕괴 시 저절로 재봉합 (세포막의 파열은 세포 사멸을 초래) - 막, 세포골격의 단백질 구성, 칼슘이온이 막의 재봉합에 도움

* 비대칭성(asymmetry)

: 지질 이중층의 각 반쪽의 지질 조성이 다름 39

3) 막 단백질

<기능에 따른 분류> : 구조, 성분, 효소, 호르몬 수용체, 운반단백질

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<막과의 구조적 관계에 따른 분류>

: 내재단백질, 주변단백질 *

내재단백질(integral protein) :

- 막 내부에 들어가 있거나 걸쳐 있는 단백질 - 유기 용매나 세제로 막을 파괴시킨 후 추출 *

주변단백질(peripheral protein) :

- 내재단백질과의 상호작용을 통하여 막에 결합 - 지질 이중층과 직접 상호작용하는 것도 있음 - 염의 농도, pH 변화를 통해서 추출 41

4) 막의 기능

- 세포의 안쪽과 바깥쪽으로 분자와 이온을 수송 - 호르몬과 다른 생체 분자를 결합 42

<막수송>

 세포소기관 막과 원형질막을 통해 이온과 분자의 이동 - 생체의 생명유지  세포의 원형질막 - 영양분의 세포내 이입, 노폐물의 유출 조절, 세포 내 이온 농도 조절  막 내부의 이온과 극성 물질의 수송성분 - 수송단백질, 투과효소 43

<생물학적 수송 메카니즘>

- 에너지 필요 여부에 따라 구분 - 수동 수송과 능동 수송 * 수동수송(passive transport) : 직접적인 에너지 유입이 없음 - 단순확산 : 무작위적인 분자운동에 의해 추진되는 각 용질이 농도구배 (고농도 → 저농도)에 따라 이동 (농도구배 클수록 확산속도 빠름) : 평형 상태가 될 때까지 용질이 이동 - 촉진확산 : 특수 채널(막횡단 단백질) 또는 운반체를 통해 운반 : 화학적 조절, 전압-조절 : 수동운반체 - 특정 용질의 운반체 결합 → 운반체의 구조 변형 예) 적혈구의 글루코오스 운반체 : 글루코오스의 유입 → 해당과 오탄당인산 회로에 이용 44

* 능동수송(active transport) : 농도 구배를 거슬러 분자를 수송, 에너지 필요 - 1차 능동수송(primary active transport) : ATP에 의해 에너지 공급 이동에 사용 : Na + -K + ATPase 펌프 - 2차 능동수송 : 1차 능동수송에 의해 형성된 농도구배가 막을 통한 물질의 예) Na + -K + ATPase 펌프에 의해 생성된 Na + 및 장세포에서 글루코오스 운반에 이용 구배는 신장의 요세관 세포 45