지질 대사 2

테르펜(terpene)은 탄소 5개의 아이소프렌이 2개 이상 결합하여 형성된 성분이다. 아이소프렌 단위는 테르펜 내에서 주로 머리에서 꼬리로 연결되어 사슬이나 고리형 분자를 형성한다. 아이소프렌 단위가 2개, 3개, 4개, 6개 및 8개 결합한 테르펜은 각각 모노테르펜, 세스퀴테르펜, 다이테르펜, 트라이테르펜 및 테트라 테르펜이며, 이 중 세스퀴테르펜이 식물에 가장 광범위하게 분포하고 있다. 스테로이드의 전구물질인 스콸렌은 트라이테르펜에 속하며, 카로티노이드 색소는 테트라 테르펜에 속한다. 

스테로이드는 세 개의 6 원자 고리와 한 개의 5 원자 고리가 융합된 공통구조를 갖는 성분이다. 식물에는 250종 이상의 스테로이드가 있는데, 이 중 가장 일반적인 것은 시토스테롤이다. 시토스테롤은 콜레스테롤의 24번이 에틸기로 치환된 성분이다. 식물에는 유리형이나 에스터형의 콜레스테롤이 생체막의 잎 표면 지질의 구성 성분으로 존재한다. 식물의 콜레스테롤 함량은 50mg/kg이나, 동물은 5g/kg이다.

큐틴, 수베린 및 왁스는 구조 지질이라고도 한다. 고등 식물 지상부의 외피 세포는 가용성의 지질 중합체인 큐티클 피막으로 싸여 있다. 큐티클의 주성분은 산화된 지방산이 에스터결합으로 고분자의 망상구조를 형성한 큐틴이다. 큐티클은 수분의 손실을 막기 위한 투과장벽의 역할을 하고, 병균과 해충에 대한 저항성에도 기여한다. 

뿌리 내피세포의 세포벽에는 고도로 종합화된 지질 성분인 수베린이 존재한다. 수베린은 큐틴과 유사하나, 수베린의 지방산은 2가 알코올이나 epoxy기를 갖지 않고 길다. 수베린은 큐틴보다 더 소수성이어서 수분이 투과하기 매우 어렵다.

왁스는 1가 알코올과 긴 사슬을 가진 지방산의 에스터이다. 왁스의 지방산은 보통 포화하여 있으며 에스터의 약한 극성 때문에 매우 불용성이다. 왁스는 보통 큐티클의 외부에 존재하며 수분의 손실을 심하게 감소시킨다.

식물은 매우 다양한 지방산을 합성하지만 그중 일부 지방산이 큰 비중을 차지하고 있다. 긴 사슬 포화지방산은 광합성 산물에서 유래한 저분자량의 전구체를 이용하여 합성된다. 긴 사슬 포화지방산은 불포화지방산, 보다 긴 사슬 지방산 및 변형된 지방산의 전구체로 이용된다. 긴사슬지방산과 불포화지방산은 색소체에서 합성되지만, 보다 긴 사슬의 지방산은 주로 소포체에서 합성된다. 따라서, 지방산의 합성은 세포 내 구획 사이의 지방산 이동과 반응의 통합적 조절이 필요하다.

지방산 합성에는 acetyl-CoA carboxylase(ACCase)와 fatty acid Synthase(FAS) 가 관여한다. 반응 산물은 보통 포화지방산인 팔미트산과 스테아르산이지만, 스테아르산의 양이 2~3배 많다. 긴사슬지방산이 합성되면 사슬 연장과 불포화 및 변형 반응이 진행된다. AC Case와 FAS는 색소체의 내강에 존재하나 지방산 신장 효소(fatty acid elongase)는 소포체의 막에 결합하여 있다. 지방산 불포화 효소는 보통 색소체의 막에 존재하나 예외적으로 일부 효소는 내강에 존재한다. 

지방산의 생합성은 아세틸-CoA를 전구체로 이용하여 탄소 2개를 아실기에 첨가하는 반응을 일반적으로 아실기의 탄소가 16개 또는 18개가 될 때까지 반복적으로 진행하는 과정이다. 식물에서 지방산의 생합성은 색소체에서 진행되며, 진행 과정은 대장균에서와 유사하다. 

FAS는 A case 활성을 제외한 지방산 생합성의 모든 효소활성을 의미하며, 1형, 2형, FAS가 있다. 아실 운반단백질은 약 80여개의 아미노산으로 된 작은 단백질이며, 펩타이드 중앙부의 세린 전기에 공유결합된 보결분자단인 인산 판테테인을 갖고 있다. 인산 판테테인의 말단에 있는 설포하이드릴기에 지방산이 결합한다.

결과적으로 일련의 연속된 반응을 통하여 전구체인 아세틸-CoA의 아실기에 2개의 탄소가 첨가되어 길어진 아실기가 생성된다. 이와 같은 일련의 연속된 반응(반은 3, 4, 5, 6)이 반복적으로 진행되어 아실기에 매회 2개씩의 탄소가 첨가되므로 지방산의 생합성에는 일련의 반응이 총 7회 반복된다.

식물세포에서 글리세롤 지질은 색소체에서 합성된 지방산과 해당 과정의 대사산물인 글리세롤-3-인산을 전구체로 이용하여 합성되는데, 두 가지의 서로 다른 합성경로가 존재한다. 즉, 색소체에서 진행되는 원 핵 성 경로와 소포체가 관여하는 진행성 경로가 있다. 진행성 경로는 지방산과 지질 분자의 소포체와 색소체 간의 교환 및 색소체에서 변형과정을 포함하며, 합성된 지질의 지방산 조성이 원 핵 성 경로에서 합성된 지질과 다르다.

글리세롤 지질 생합성의 첫 단계에서는 아실전이효소에 의한 두 번의 아실화 반응에 의해 포스파타이드 산이 합성된다. 

원 핵 성 경로에서 포스파타이드 산은 다이아실글리세롤 또는 CDP-다이아실글리세롤로 전환되어 인지질과 인지질의 인산 머리 부분이 갈락 트시기나 설포 퀴노 보시기로 대체된 갈 락토 지질 및 황지 질의 합성에 이용된다. 진행성 경로에 사용되는 지방산은 아실- ACP 대신 아실-CoA로부터 제공된다. 포스파타이드 산은 다이아실글리세롤 또는 CDP-다이아실글리세롤로 전환되어 인지질과 중성지질의 직접적인 전구체로 이용되어 다양한 인지질이 합성된다.

막을 구성하는 인지질 등의 막 지질은 식물의 형태와 기능에 영향을 미친다. 특히, 막지 조성은 광합성능력, 저온 및 결빙에 대한 저항성에 크게 영향을 미친다. 또한, 막 지질에서 파생된 포스파타이드 이노시톨과 자몬스산은 신호 전달과 병해충에 대한 방어 작용에서 중요한 기능을 수행한다.


관련 문헌: 변종용ㆍ윤성중ㆍ이인중ㆍ김도순, 삼고 작물 생리학(서울: 향 문사, 2014), 238-242p