[생리학] 5. 세포호흡과 대사 (3) 지질과 단백질 대사

5. 세포호흡과 대사

 

5.3 지질과 단백질 대사

트리글리세리드(triglyceride)는 글리세롤(glycerol)과 지방산(fatty acid)으로 분해됩니다. 지방산은 아세틸 CoA로 전환된 다음, 다량의 ATP를 합성하기 위해 크렙스 회로로 들어갑니다. 단백질로부터 유래한 아미노산은 에너지원으로 사용되는데, 여기에 탈아미노 반응(deamination), 잔여 분자의 피루브산 또는 크렙스 회로 분자의 전환 등이 포함됩니다.

피루브산 대사와 마찬가지로, 지질과 단백질은 또한 호기성 호흡을 통해 에너지를 생산할 수 있습니다. 분자의 에너지원은 기관에 따라 다르며, 피루브산 및 크렙스 회로의 산은 지질 및 아미노산 대사에서 공통적인 중간산물로 사용되기도 합니다. 에너지 섭취가 과도할 때, 세포는 여분의 ATP 형태로 저장하는 대신 남은 에너지를 글리코겐과 지방으로 저장합니다.

 

 

(1) 지질대사

포도당이 지방으로 전환될 때 해당작용이 발생하고 피루브산이 아세틸 CoA로 됩니다. 아세틸 CoA의 아세트산은 지질, 케톤, 지방산을 합성하는 데 사용됩니다. 따라서 아세틸 CoA는 수많은 다른 대사회로가 진행될 수 있는 분기점으로 간주될 수 있습니다.
지방산 합성에 있어 많은 아세트산의 소단위들은 서로 연결되어 지방산을 형성합니다. 3분자의 지방산과 1분자의 글리세롤은 축합 되어 트리글리세리드를 형성합니다. 식사 후 혈당량이 높아지면 지방 조직과 간에서 지방합성(lipogenesis)이 주로 일어납니다.

지방산 1g은 9kcal의 에너지를 가지고 있는데 비해 탄수화물이나 단백질 1g은 4kcal의 에너지를 가지고 있습니다. 몸무게가 70kg인 남성의 경우, 신체 에너지의 약 80~85%가 지방으로 저장되는데, 이는 약 140,000kcal에 해당합니다. 대조적으로, 저장된 글리코겐은 2,000kcal 미만이고, 약 350g은 골격근에 저장되어 근육에 의해서만 사용됩니다. 간은 80~90g의 글리코겐을 가지고 있고 필요시 포도당으로 전환됩니다. 단백질은 신체에 저장된 칼로리의 15~20%를 차지하지만, 에너지원으로 널리 사용되지는 않습니다.

 

◎ 지방분해

지방 조직에 저장된 지방이 에너지원으로 필요할 때, 리파아제(lipase)는 트라이글리세리드를 글리세롤과 지방산으로 가수분해하는데, 이를 지방분해(lipolysis)라고 합니다. 지방산은 호기성 호흡을 위해 간, 골격근, 그리고 다른 기관에 의해 사용될 수 있는 혈액 에너지 수송체입니다.

대부분의 지방산은 한쪽 끝에 –COOH가 있는 긴 탄화수소로 구성되어 있습니다. 지방산 사슬의 -COOH 말단에서 아세트산을 제거하는 과정을 β-산화(β-oxidation)라고 합니다. β-산화의 결과로 아세틸 CoA가 형성되고, 말단으로부터 세 번째 탄소가 산화되어 새로운 –COOH를 형성합니다. 따라서 지방산 사슬의 길이는 두 개의 탄소만큼 감소합니다. 산화는 전체 지방산 분자가 아세틸 CoA로 전환될 때까지 계속됩니다.

 

◎ 갈색 지방의 기능

우리 몸에서 갈색 지방(brown fat)은 태어날 때 가장 많이 있습니다. 갈색 지방은 신생아의 열 발생에 중요한 역할을 하며 특히 신장과 부신 주위에 풍부합니다. 갈색 지방은 교감 신경에서 갑상선 호르몬과 교감신경의 노르에피네프린에 의한 조절 작용으로 인해 독특한 단백질을 생성합니다. 이 단백질은 H⁺를 미토콘드리아 내막으로부터 새어나오도록 함으로써 호흡조립체를 통과하는 H⁺를 적게 만들고 ATP 합성효소 활성은 덜 활성화 시킵니다. 따라서 ATP 합성은 감소합니다. 감소된 ATP 농도는 전자전달계를 활성화하고 지방산의 산화를 촉진하여 열 발생을 도모합니다. 이와 같은 여분의 열은 신생아가 저체온(hypothermia)을 방지하는 데 필요합니다.

 

(2) 아미노산 대사

질소는 주로 단백질에 있는 아미노산의 형태로 우리 몸에 들어와 요소(urea)로 배설됩니다. 성장하는 아이들은 배설물보다 질소섭취량이 더 많은데, 이것을 양성 질소 평형(positive nitrogen balance)이라고 합니다. 반대로 기아상태일 때는 질소 배설량이 섭취량보다 많은데, 이를 음의 질소 평형(negative nitrogen balance)이라고 합니다.
건강한 성인들은 질소 배설량 섭취량이 동일한 질소평형 상태를 가지는데, 이것은 질소 섭취가 필요하지 않다는 것을 의미하는 것이 아니라, 매일 회전(turnover)되는 단백질을 대체해야 한다는 것을 의미합니다. 아미노산의 섭취량이 단백질을 대체하는 양보다 많을 때 여분의 아미노산이 단백질로 저장되지 않습니다. 이것은 많은 양의 단백질을 섭취하는 것이 근육을 발달시킬 수 없다는 것을 의미합니다.

 

(3) 상이한 에너지원 사용

만약 모든 세포가 포도당과 같은 동일한 에너지원을 이용한다면, 그것은 곧 사라지고 세포는 기아상태가 될 것입니다. 보통, 혈액은 다양한 에너지원을 가지고 있는데, 간에서 유래한 포도당과 케톤체, 지방 조직에서 나온 지방산, 근육에서 나온 젖산, 아미노산 등이 있습니다. 어떤 기관은 다른 기관보다 더 선택적으로 하나의 에너지원을 사용합니다.
뇌는 혈액 포도당을 주요 에너지원으로 사용합니다. 공복(fasting) 상태에서의 혈액 포도당은 글리코겐 분해와 당신생을 통해 주로 간에 의해 공급됩니다. 많은 기관들이 지방산과 케톤, 젖산을 에너지원으로 사용함으로써 포도당을 절약하기 때문에 포도당 농도는 유지됩니다. 극심한 기아상태에서, 뇌는 에너지원으로 케톤을 사용합니다.