[지질]복합지질

인지질

인지질(phospholipid)은 glycerophospholipid와 sphingophospholipid로 분류된다. 인지질은 세포막, 핵 기타 세포질 성분의 구조요소이고 신경조직 myelin 층의 주요 구성성분이고 또 mitochondria 효소계의 한 성분이기도 하며 단백질 합성에도 관여한다. 뇌조직에서는 뇌의 에너지원이 되며 혈액 내에서는 지방의 운반, 흡수에 관여하고 혈액응고에도 관여한다.

1. 글리세로인지질

글리세로인지질(glycerophospholipid)은 긴사슬 지방산과 glycerol의 ester 또는 ether 화합물에서 glycerol의 sn-3위치에 인산이 ester 결합을 하고 그 인산에 choline, ethanolamine, serine, inositol, nucleotide, glycerol 등이 ester 결합한 것으로 동식물의 조직 중에 널리 분포하고 있다.

2. Phosphatidic acid 유도체

Phosphatidic acid는 거의 대부분의 glycerophospholipid의 전구물질로 동식물 조직, 곰팡이, 곤충, 세균에서 총인지질의 1∼5% 정도 존재한다. Phosphatidyl choline은 일반적으로 1위치에 포화지방산, 2위치에 불포화지방산을 가지며 lecithin이라고도 한다. 동식물, 효모, 곰팡이류에 널리 분포하고 있으며 일반적으로 세균에는 존재하지 않는다. 

포유동물조직 총인지질의 30∼50%를 차지하는 생체막의 주요 구성성분이며, 따라서 막결합성 효소활성에 영향을 준다. 또 일부 활성화제나 methionine 유도체에 대하여 methyl기 공여체 또는 수용체로서 작용하고 mitochondria에서의 전자전달계의 구성성분이기도 하다. 동물조직에는 microsome과 mitochondria 사이에서 lecithin 교환을 중개하는 인지질 교환단백질이 있다. Phosphatidyl choline은 지질인공막이나 microcapsule로도 이용된다.

Phosphatidyl ethanolamine은 cephalin이라고도 하며 세균, 동식물에 널리 분포한다. 특히 gram 음성세균 인지질의 주성분(대장균 총인지질의 65∼85%)이며 세균이 정지기로 되면 함량이 증가한다. 동식물에서는 phosphatidyl choline 다음으로 많다. Glucose-6-phosphatase, UDP-galactose-lipopolysaccharide galactosyl transferase를 활성화하며 또 혈액응고에도 관여한다.

Phosphatidyl serine은 동물조직에 많고 식물조직에는 적으며 세균에도 소량 존재한다. 동물에는 뇌, 신경조직에 많이 함유되어 있다. 세균에서는 CDP-diacylglycerol과 L-serine에서 생성되지만 동물세포에서는 phosphatidyl ethanolamine의 염기부분이 L-serine과 치환되어 생성된다. 생리적으로는 혈액응고나 혈소판 응집반응을 저해하며 막의 정보전달에 관여하는 phosphatidyl inositol의 대사회전에 관계가 있다.

Phosphatidyl inositol은 동식물, 효모, 세균 등에 널리 분포하고 있으며 Na+, K+, Ca2+, Mg2+염으로 존재한다. 동물세포에 함유되어 있는 phosphatidyl inositol은 대부분 1위치에 stearic acid, 2위치에 arachidonic acid를 가지고 있다. Phosphatidyl inositol의 대사회전은 epinephrine 등의 신경전달물질에 의한 지배기관의 자극, insulin, thyroxine 등의 호르몬에 의한 표적세포의 자극, 식물응집소에 의한 림프구의 활성화, thrombin의 혈소판 응집 등과 같은 세포의 생리적인 자극에 의해 항진된다. Inositol mono- 및 diphosphate phosphoglyceride는 신경계, 특히 myelin에 많고 synapse, 심장, 간, 신장, 폐, 혈구에도 존재한다. CDP-diglyceride는 동식물, 세균에 존재하는 대사중간체이다.

Phosphatidyl glycerol은 식물, 세균에 널리 분포하고 있으며 특히 Gram 양성세균, Mycoplasma, 식물엽록체에 많고 동물세포 mitochondria에 소량 존재한다. 증식기의 대장균에서는 매우 빠르게 대사회전이 일어나며 이때 말단 glycerol-1-phosphate 부분은 glucose를 포함하는 올리고당에 전이된다. 대장균에서는 당의 능동수송에 관여하는 효소의 보효소로 작용한다. Cardiolipin은 동식물, 세균에 널리 분포한다. 동물세포에서는 특히 mitochondria에만 존재하며 불포화지방산이 풍부하다. 매독혈청진단반응(Wassermann 반응)의 hapten으로 이용된다.

3. plasmenic acid 유도체

Plasmenic acid는 phosphatidic acid에서 glycerol의 1위치에 지방산 대신 aldehyde가 enolether 결합한 것으로 plasmalogen의 전구물질이며 간, 뇌 등에서 생성된다. Plasmenyl choline(choline plasmalogen)은 심근, 정액, 신경계, 혈장, 혈구에 존재한다. Plasmenyl ethanolamine(plasmalogen)은 뇌의 백질, 특히 myelin에 많고 심근, 기타 조직에도 널리 분포하며 plasmenyl serine은 뇌, 혈구에 많다.

4. Plasmanic acid 유도체

Plasmanic acid는 phosphatidic acid에서 glycerol의 1위치에 지방산 대신 alcohol이 ether 결합한 것이다. Plasmanyl choline은 심근, 골수, 뇌에 존재하며 plasmanyl ethanolamine은 뇌, 골수에 존재한다.

  

 

5. 스핑고인지질

스핑고인지질(sphingophospholipid)은 sphingosine(4-sphingenine)과 긴사슬 지방산이 아미드 결합한 ceramid의 1위치에 인산이 에스테르 결합하고, 인산에 또 choline이나 ethanolamine이 에스테르 결합한 것이다. Ceramid는 palmitoyl-CoA와 L-serine으로부터 생성된 sphingosine 2위치의 아미노기가 acyl화되어서 생성된다.

Sphingomyelin은 "myelin을 딱딱하게 하는 것"이란 뜻을 가진 물질로 동물에 널리 분포하고 있으나 식물과 세균에서 존재하지 않는다. 특히 뇌, 신경계, 혈구, 신장에 많다. 뇌회백질의 sphingomyelin에는 stearic acid, 백질에는 lignoceric acid, nervonic acid, 다른 조직에는 palmitic acid, nervonic acid가 많이 함유되어 있다. 이것은 sphingomyelinase에 의해 분해되며 선천성 니만-피크병(Niemann-Pick disease)은 이 효소의 결핍에 의해 sphingomyelin이 이상으로 축적되어 일어나는 질병이다. 사람 적혈구막의 sphingomyelin과 lecithin의 비율은 1:1이다. Ceramid phosphoethanolamine은 혐기성세균, 집파리나 모기와 같은 절족동물, 연체동물, 닭, rat 등에 존재한다.

 

당지질

1. 글리세로당지질

글리세로당지질(glyceroglycolipid)은 diacylglycerol을 골격으로 하여 남아 있는 히드록시기에 단당류 또는 올리고당류가 glycoside 결합한 것으로 주로 식물과 미생물에서 발견되며 특히 엽록체 세포내막의 구조물로서 존재한다. Monogalactosyldiacyl glycerol은 보통 D-galactose가 glycerol의 히드록시기와 β-결합을 하고 있으며 digalactosyldiacyl glycerol은 여기에 galactose가 α-(1→6)결합으로 하나 더 연결된 구조를 하고 있다. 이들의 galactosylacyl glycerol은 남조류인 Spirulina에도 존재하고 있다.

 

2. 스핑고당지질

Sphingosine과 긴사슬 지방산이 아미드 결합한 ceramid의 1위치에 당류가 β-glycoside 결합한 것을 스핑고당지질(glycosphingolipid)라 한다. Ceramid에 galactose나 glucose가 glycoside 결합한 것을 각각 galactocerebroside, glucocerebroside라 한다. Galactocerebroside는 사람 뇌 또는 신경세포막에 많이 존재하고 함유량은 연령에 따라 변화하며 구성지방산으로 lignoceric acid를 함유하면 kerasin, cerebronic acid를 함유하면 phrenosin(cerebron), nervonic acid를 함유하면 nervon이라고 한다. 또 이것은 말초신경, 신장에도 존재한다. Glucocerebroside(Gluβ1→Cer)는 사람 뇌의 구성성분이고 함유량은 연령에 따라 변화하며 척수액, 갑상선, 항트롬빈 Ⅲ에도 존재한다. Cytolipin H(ceramid-β-lactoside)는 비장, 신장, 간, 적혈구, 혈청, 중추신경 교세포, 암세포 등에 존재한다.

Galactocerebroside에 있는 galactose의 3번의 히드록시기에 황산기가 결합된 것을 sulfatide(cerebroside sulfate; HSO3→3Galβ1→Cer)라 하며 사람의 뇌에 존재하고 연령에 따라 함유량이 변화한다. 이것은 대교세포(astroglia), myelin, 말초신경, 설하선 등에도 존재하며 신장에서 이온수송에 관여한다.

표 1 몇 가지 ganglioside의 구조표

Ganglioside	구 조
GM3
GM2
GM1
GD1a
GT1a

 

Lactosylsulfatide(HSO3→3Galβ1→4Gluβ1→Cer)는 신장, 정소에 존재하며 신장 총 황지질의 30%를 차지한다. Ceramid에 올리고당류가 glycoside 결합한 것을 ganglioside라하며 대부분의 경우에 올리고당류 부분에 hexosamine을 가지고 있고 1개 이상의 sialic acid(N-acetylneuraminic acid; NANA)를 가지고 있다. Ganglioside는 G로 표시하고 sialic acid의 수에 따라 M(mono-), D(di-), T(tri-)를 붙이고 이들 문자 밑에 쓰는 아라비아 숫자는 중성당(neutral sugar)의 수(5 - n)를 나타낸다. 예를 들면 GM1은 4개(5 - 1)의 당이 있고 1개의 NANA가 있는 ganglioside를 나타낸다.(표 1 참조)

Ganglioside는 뇌 회백질의 막을 구성하는 지질의 약 6%를 차지하고 중추신경계 특히 신경종말에 많이 있으며 기타조직의 세포막에도 존재하여 세포막 표면의 특이적인 수용체부위의 중요한 성분이 된다. Ganglioside의 대사에 결함이 생기면 조직 내에 이것이 축적되는 강글리오시드증(gangliosidosis)이 발생한다.

지단백질

지단백질(lipoprotein)이란 지질과 단백질이 정전기결합, 소수성결합 등으로 결합한 복합체를 말하며 이들은 구조 지단백질과 가용성 지단백질로 분류된다. 또 proteolipid나 리포아미노산 등의 관련물질도 있다.

1. 구조 지단백질

주로 인지질과 단백질로 되어 있고 세포막, mitochondria 막, myelin 구조막, 세균세포막 등을 구성한다.

 

2. 가용성 지단백질

혈장에는 여러 가지 지단백질이 존재한다.(표 2 참조) 혈장 중에 함유되어 있는 지단백질로 이들은 단백질과 인지질, cholesterol, triacylglycerol로 되어 있다. 혈장 지단백질 중 chylomicron은 장점막에서 생성되어 주로 장에서 간으로 triacylglycerol을 수송한다. 

초저밀도지단백질(very low density lipoprotein; VLDL)은 간에서 생성되며 당질, 알코올 등에서 생긴 지질(중성지방, 인지질)을 지방조직이나 기타 조직으로 수송한다. 저밀도지단백질(low density lipoprotein; LDL)은 chylomicron이나 VLDL에서 triacylglycerol이 분해되어 생긴 경우가 많으며 주로 cholesterol과 그의 ester(혈중에서는 총cholesterol의 2/3가 ester형이다.)를 간이나 소장에서 말초조직으로 수송한다.

표 2 혈장 지단백질의 종류표

	Chylomicron	VLDL(pre-β-LP)	LDL(β-LP)	HDL(α-LP)
밀도 d(g/ml)	〈 0.126	0.95∼1.006	1.006∼1.063	1.063∼1.21
직경(nm)	100∼10000	30∼70	15∼25	7.5∼10
성분(%) 단백질 인지질 Cholesterol Triacylglycerol	1 4 6 85∼90	8∼10 18 13 60	20 23 45 10	50 30 18 2∼5

고밀도지단백질(high density lipoprotein; HDL)은 간에서 합성되며 단백질 함량이 높기 때문에 밀도가 높다. HDL에는 lecithin-cholesterol acyltransferase(LCAT)가 있어 HDL 표면에서 lecithin 2위치의 불포화지방산을 혈관벽에 축적된 유리 cholesterol에 전이하여 ester화하고 간으로 운반하여 대사 시킨다.

포유동물의 젖에도 지단백질이 포함되어 있는데 palmitic acid나 oleic acid를 함유하는 triacylglycerol과 sphingomyelin, phosphatidyl choline, phosphatidyl ethanolamine 등의 인지질이 단백질과 결합하여 지단백질을 구성하고 있다.

난황 중의 과립에는 지질의 절반 이상이 인지질로 되어 있는 고밀도지단백질인 lipovitellin(아포단백질은 vitellin)과 지질의 절반 이상이 triacylglycerol로 되어 있는 저밀도지단백질인 lipovitellenin(아포단백질은 vitellenin) 등의 지단백질이 함유되어 있다.

Proteolipid로는 척추동물 망막의 시세포에 함유되어 있는 시물질인 rhodopsin(시홍; 간체 opsin + 11-cis-retinal)이나 iodopsin(추체 opsin + 11-cis-retinal) 등이 알려져 있다.

11-cis-retinal과 phosphatidyl ethanolamine의 aldoimine체 - (rhodopsin)의 구조

Rhodopsin에 빛이 닿으면 retinal과 phosphatidyl ethanolamine의 Shiff 염기 결합이 절단되고 그 자극이 시상에 전달되어 물체가 보이게 된다. 리포아미노산은 3-sn-O-lysylphosphatidyl glycerol이나 phosphatidyl serine 등을 말하며 이들은 아미노산 수송이나 단백질 합성에 관여한다.

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