콜레스테롤

[ cholesterol ]

콜레스테롤은 모든 동물들이 생성하는 지질의 일종으로 동물세포막의 필수 구성 성분이다 (그림 1). 세포벽을 가지고 있어서 세포형태 변화와 막유동성이 제한적인 세균이나 식물과는 달리, 콜레스테롤을 함유하는 동물세포막은 그 구조와 유동성을 확보하게되어 여러 가지 형태의 세포모양을 가능하게 하고 막유동성을 갖도록 해준다. 또한, 콜레스테롤은 스테로이드 호르몬, 담즙산, 비타민 D 생합성의 전구체이다. 척추동물에서는 특히 간세포에서 많이 생성된다. 진성세균, 고세균과 같은 원핵세포에서는 발견되지 않지만, 마이코플라즈마 (Mycoplasma)의 발육에는 필수적이다. 주요 모델동물인 예쁜꼬마선충 (Caenorhabditis elegans)은 콜레스테롤을 생성할 수 없기때문에 외부로부터 영양소로서 공급받아야 생존할 수 있다.

그림 1. 콜레스테롤의 분자구조. By BorisTM - own work (ISIS/Draw 2.5 --> MS Paint --> Infan View), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=645994

콜레스테롤은 동물세포 생장에 필수적이기 때문에, 각 세포에서 37개 단계의 매우 복잡한 과정을 거쳐서 생합성되는데, 콜레스테롤의 기본 탄소 단위를 생성하는 메발론산 경로 (Mevalonate Pathway)로 시작되고 사고리 구조의 (Tetracyclic) 라노스테롤이 콜레스테롤로 전환되는 과정을 거친다. 또한, 육식을 통하여 섭취할 수도 있다. 68 kg 정도의 남성의 신체는 하루 평균 1 g의 콜레스테롤을 생산하며 총 35 g을 지니고 있는데 대부분 세포막에 분포되어 있다. 하루 평균 권장 섭취량은 미국과 한국에서 300 mg으로 정해져있으나, 심장 질환이나 그 위험성을 낮추기 위해서는 200 mg이 적절하다고 권유하고 있다 (참고로 달걀 노른자 1개의 콜레스테롤은 약 250 mg이다). 섭취된 콜레스테롤은 바로 에스터화 되면서 체내 흡수가 잘 되지 않는다. 체내로 흡수되는 콜레스테롤의 양이 많아지면 생체는 바로 생합성을 줄여서 균형을 잡는다. 이러한 이유로 단순 콜레스테롤 섭취후 7~10시간 정도는 혈중 콜레스테롤 수치에 영향을 미치지 않는다. 그러나 콜레스테롤을 동물성 지방과 함께 섭취하면 (대부분의 식이 섭취 양상이 이러할 것이다.) 다양한 지질단백질 (lipoprotein)과 결합하여 온 몸에 퍼지면서 혈중 콜레스테롤 농도를 높이게 된다. 콜레스테롤은 생체내에서 재활용 되기도 한다. 간은 담즙과 함께 비에스터화 상태로 소화기관으로 분비하는데, 이중 약 50% 가량은 소장에서 흡수되어 혈액으로 다시 보내지게 된다. 식물은 콜레스테롤을 아주 소량 생산한다. 이 들은 콜레스테롤과 유사한 파이토스테롤 (Phytosterol)를 생성하는데, 소장내에서 콜레스테롤 대신 흡수되어 상대적으로 콜레스테롤의 흡수를 저해하게된다. 파이토스테롤을 흡수한 소장 융모 세포는 바로 이들을 소장으로 돌려보내는 방어 기작을 갖고 있다.

분자세포생물학적 기능

콜레스테롤은 동물세포막의 약 30%를 차지함으로써 생체막의 구성과 유지, 그리고 막유동성 조절에 필수적인 기능을 한다. 콜레스테롤의 수산화기 (Hydroxyl group)는 세포막의 인지질과 스핑고지질의 극성을 띄는 머리 부분 (Polar heads)과 상호작용하며, 부피가 나가는 스테로이드고리 부분과 탄수화물 사슬 부분은 다른 지질들의 비극성 지방산 사슬 부분과 함께 세포막에 파묻히게 된다. 인지질 지방산 사슬과의 상호작용을 통하여 콜레스테롤은 세포막을 잘 조립할 수 있게 하고, 나아가 세포막이 지나치게 경직되지 않고 안정적 상태로 형태를 바꾸고 움직일 수 있도록 한다. 콜레스테롤의 고리들은 모두 트랜스형으로서 콜레스테롤의 잔기 사슬을 제외하고는 모두 경직된 평면구조를 유지한다. 이러한 이유로, 콜레스테롤은 중성 용질, 수소이온 (H⁺), 소디움 이온 (Na²⁺) 에 대한 세포막의 투과성을 줄일 수 있다.

콜레스테롤은 세포내 소기관 사이의 물질 이동, 신호전달, 신경전달 등에도 중요한 역할을 한다. 콜레스테롤은 포낭 (caveolae)과 클라스린피복 소공 (Clathrin-coated pit)의 형성과 그에 의한 내포작용 (endocytosis)에도 필수적이다. 또한, 수용체와 그 2차 전달자들이 가까이 모여 신호전달을 용이하게 만들어 주는 장소인 세포막의 지질뗏목 (lipid rafts)을 형성하는데도 도움을 준다. 슈반세포 (Schwann cell)에서 유래한 다막성 구조인 수초 (myelin)는 다량의 콜레스테롤을 포함하고 있고, 신경세포를 감싸 전기절연체 역할을 하여 신경전달속도를 증대시킨다. 세포내에서는, 콜레스테롤이 여러 가지 생화학적 경로에서 전구체로서 사용된다. 예를 들면 비타민 D와 에스트로젠, 테스토스테론과 같은 성호르몬, 아드레날린, 코르티졸과 같은 부신피질호르몬과 같은 모든 스테로이드 호르몬의 전구체로 쓰인다. 간은 콜레스테롤을 담즙과 함께 분비하여 담낭에 저장하도록 한다. 담즙은 소화기관 내에서 지방을 녹여낼 수 있는 담즙염을 포함하고 있고, 지질성 비타민들인 비타민 A, D, E, K 등을 흡수하도록 도와준다 (그림 2).

그림 2. 지질의 흡수및 생체내 대사 과정. By Peter Forster (Own work) CC BY-SA 4.0 ( http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0 ), via Wikimedia Commons

참고문헌

생명과학 (Brooker 저, 3판, 홍릉과학출판사), 분자생물학 (Weaver 저, 5판, 라이프사이언스)

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