콜레스테롤 첫 번째 이야기

[364호] 한국의약통신l승인2018.05.15 06:00:00

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콜레스테롤, 지단백질(lipoprotein)을 형성해서 이동
담즙산(bile acid)으로 전환되거나 직접 장으로 배출돼 제거

▲ [그림 1] 물질의 이동과 혈액/ 자료 제공=신창우 약사

물질은 다르게 들어오고, 생명은 일정함을 유지한다. 생명은 다양한 물질을 인체에 필요한 물질로 전환한다. 생명은 유기물을 통해서 에너지를 얻으며, 생명의 질서를 유지하기 위해서 에너지를 소모한다. 이 과정에서 물질은 이동을 하고, 물질이동의 중심에 혈액이 있다. 

▲ [그림 2] 혈액의 구성/ 자료 제공=신창우 약사

혈액은 적혈구, 백혈구, 혈소판과 함께 흡수된 외부의 물질과 세포의 대사산물이 공존한다.

혈액은 세포와 세포사이를 통과하면서 많은 물질교환이 일어난다.

세포는 단백질이 매개가 된 촉진적 확산과 능동수송으로 물질을 교환하고, 세포의 작용에 의해서 혈액의 구성이 정해진다.

혈중 콜레스테롤은 식이 콜레스테롤과 세포에서 분비한 콜레스테롤의 합이고, 혈중에서 콜레스테롤은 지단백질(lipoprotein)을 형성해서 이동한다.

1. 지단백질
지단백질(lipoprotein)은 단백질(apolipoprotein)과 지질의 수용성 복합체로서 혈액이나 세포외액에서 지질을 운반하는 역할을 한다.

지단백질은 간이나 장에서 합성되거나, 전구체 지단백질의 변화로부터 발생하고, 세포지질과 외인성 지단백질(또는 아포지단백질, apolipoprotein)로부터 세포막에서 조립된다.

순환계에서 지단백질은 매우 역동적이다. 지질 성분의 효소반응, 촉진적이고 자발적인 지질 전달, 수용성 아포지단백질 전달 그리고 구성의 변화에 따른 반응으로 아포지단백질의 구조 변화가 나타난다. 또, 지단백질은 수용체 매개를 통해서 간, 신장 및 말초조직에 흡수되고 대사된다.

2. 지단백질의 구조(structure of lipoprotein)

▲ [그림 3] 지단백질의 일반적인 구조/ 자료 제공=신창우 약사

음식으로부터 흡수가 되거나 간과 지방조직에서 합성된 지질(lipids)은 다양한 세포와 조직에서 사용된다.

지질은 물에 불용성이고, 혈액은 물로 이루어져 있다. 지단백질(lipoprotein)은 비극성지질(중성지방과 콜레스테롤 에스터)을 양친매성 지질(인지질과 콜레스테롤) 및 아포지단백질(apolipoprotein)과 결합시켜 물에 섞일 수 있는 구조를 만든 것이다.

지단백질은 단층 인지질과 콜레스테롤의 외부 껍질을 가지고 있고, 아포지단백질은 지질단백질 복합체를 안정화시킨다. 지단백질 내부에는 콜레스테롤 에스터와 중성지방이 있다. 

1) 아포지단백질(apolipoprotein, 또는 apoprotein)

▲ [표 1] 주요 아포지단백질과 기능/ 자료 제공=신창우 약사

아포지단백질은 지질과 결합하여 지단백질을 형성하는 단백질이다.

아포지단백질은 효소를 활성화하는 보조인자(cofactor)로서의 역할, 세포 수용체에 결합하는 리간드(ligand)로서의 기능, 지단백질의 대사와 조직으로 흡수를 조절하는 역할을 한다.

Apo B는 주로 저밀도 지단백질과 관련을 가지고 있고, 나머지 아포지단백질은 고밀도 지단백질과 관련을 가지고 있다.

장(intestine)에서 아포지단백질 합성은 주로 식이 지방의 함량에 의해서 조절되고, 간에서 아포지단백질 합성은 식이의 구성, 호르몬(인슐린, 글루카곤, 티록신, 에스트로겐, 안드로겐), 알코올 섭취 등에 의해서 조절된다.

Apo B는 필수 아포지단백질(integral apolipoprotein)이고 다른 아포지단백질은 말초 아포지단백질(peripheral apolipoprotein)이다.

2) 콜레스테롤과 콜레스테롤 에스터(cholesterol and cholesteryl ester)
콜레스테롤은 세포막의 구조성분으로 세포막의 유동성을 조절하고, 특정조직에서는 담즙산(bile acid), 스테로이드 호르몬, 비타민D 등의 전구물질이 된다.

콜레스테롤은 소수성 화합물로 인체의 모든 세포는 콜레스테롤을 합성한다. acetyl-CoA에서 콜레스테롤로의 합성은 많은 NADPH와 ATP가 소비된다. 콜레스테롤 에스터는 콜레스테롤의 저장형태로서 세포에 저장되어 있다가 지단백질을 통해서 혈액으로 이동을 한다.

▲ [그림 4] 콜레스테롤의 대사/ 자료 제공=신창우 약사

콜레스테롤의 고리구조는 이산화탄소와 물로 대사(이화작용이 일어나지 않음)될 수 없고, 콜레스테롤의 제거는 담즙산(bile acid)으로 전환되거나 직접 콜레스테롤이 장으로 배출되어 제거된다.

3) 중성지방
중성지방은 트리글리세리드(triglyceride)와 콜레스테롤 에스터를 말한다. 대부분의 중성지방은 트리글리세리드로 이루어져 있기 때문에 흔히 중성지방이라고 하면 트리글리세리드를 말한다.

▲ [그림 5] triglyceride(TG,또는 triacylglycerol: TAG)/ 자료 제공=신창우 약사

트리글리세리드(triglyceride, TG 또는 triacylglycerol TAG)는 글리세롤(glycerol)과 3개의 지방산(fatty acids)로부터 유도된다.

트리글리세리드는 인간 및 다른 동물의 체지방과 식물성 지방의 주성분으로, 지방산은 포화(saturated)와 불포화(unsaturated) 지방산 2가지로 나눌 수 있다. 포화는 수소원자가 모든 가능한 장소에 결합을 한 경우이고, 불포화는 탄소의 2중 결합을 가지고 있는 경우이다.

트리글리세리드는 콜레스테롤과 마찬가지로 식이로 공급받거나 간에서 새롭게 합성을 한다. 또, 지방세포는 식이로 섭취한 영양소를 저장하였다가 필요시 공급을 한다.  

4) 인지질 (phospholipid)
인지질은 당지질(glycolipid)과 콜레스테롤, 단백질과 함께 세포막의 주요 성분으로 인을 포함하는 지질의 일종이다. 인지질은 트리글리세리드와 비슷한 구조를 하고 있지만 글리세롤에 3개의 지방산이 결합하는 지질과 달리 인지질은 2개의 지방산과 1개의 인산기가 결합되어 있다.

▲ [그림 6] 인지질과 micelle 형성/ 자료 제공=신창우 약사

인지질은 미셀(micelle)의 형성에 중요한 양친매성 구조를 공급하고, 미셀이 형성이 되면 지용성 성분이 수용성인 혈액을 타고 이동을 할 수 있게 된다.

3. 지단백질의 대사(lipoprotein metabolism)

▲ [그림 7] 식이지방의 흡수 및 유미입자(chylomicron)의 형성/ 자료 제공=신창우 약사

장에서 합성된 유미입자(chylomicron)를 중심으로 하는 외인성 경로(exogenous pathway)와 간에서 합성된 초저밀도 지단백질(VLDL)을 중심으로 하는 내인성 경로(endogenous pathway)가 있다.

1) 외인성 경로(exogenous pathway, chylomicron)
장 점막세포에서는 외인성 중성지방(exogenous triacylglycerol), 콜레스테롤, 지용성 비타민, 콜레스레롤 에스터와 Apo B-48단백질은 유미입자(chylomicron)를 조립한다.

유미입자는 림프관을 통해서 이동하다가 왼쪽빗장밑정맥(left subclavian vein)으로 들어간다.

유미입자는 중성지방과 콜레스테롤을 장 세포에서 순환계로 수송하는 역할을 한다. 지방조직과 근육조직에서는 유미입자의 중성지방을 지방산과 글리세롤로 전환하여 에너지를 공급받는다.

ACAT: acyl co-A:cholesterol acyltransferase, DGAT: diacylglycerol acyltransferase, MPT: microsomal triglyceride transfer protein

2) 내인성 경로(endogenous pathway, VLDL)
지단백질은 내인성 트리글세리드와 콜레스테롤로부터 간에서 합성 될 수 있다.

VLDL은 간에서 합성된 지단백질로 혈류를 따라 순환하고, 신체의 말초 지방과 근육 조직으로 이동한다.

VLDL은 LPL(lipoprotein lipase)에 의해서 가수분해가 되면서 점차적으로 IDL 및 LDL로 전환이 된다. LDL은 혈류를 순환하다가 간이나 말초 조직의 세포에 흡수(endocytosis) 될 수 있다.

참고문헌

리핀코트의 그림으로 보는 생화학 제6판, 바이오사이언스 출판
위키피디아 검색 ; lipoprotein, apolipoprotein

 

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