지방산

긴 지방족 사슬에 카르복실기가 합쳐진 것을 지방산이라고 한다. 대부분 자연적으로 발생하는 지방산들은 짝수(4~28)의 탄소원자에 곁가지가 없는 탄소사슬을 갖고 있다. 사슬이 불포화된 것도 있다. 지방산은 보통 트리아실글리세롤(triactyglycerol; 트리글리세리드; triglyceride) 또는 인지질(phospholipid)로 사용된다. 지방산은 대사될 때, 많은 양의 ATP를 생성하기 때문에 동물의 에너지원으로 중요한 역할을 한다. 많은 세포들은 포도당(glucose) 또는 지방산을 에너지 생성 목적으로 이용한다. 동물에서 긴 탄소사슬 지방산은 BBB(blood-brain barrier)를 통과할 수 없기 때문에 중추 신경계의 세포들은 이들을 에너지원으로 사용할 수 없다. 그러나 짧은 사슬 지방산과 중간 길이 지방산은 글루코스 및 케톤체와 더불어 BBB를 통과할 수 있다.¹⁾²⁾

목차

탄소-탄소 이중결합을 가지고 있는 지방산을 불포화지방산이라 한다. 이중결합이 없는 지방산은 포화되어 있고 포화지방산이라 한다. 그들은 탄소사슬 길이 또한 다르다.

불포화지방산의 예(출처:https://commons.wikimedia.org)

포화지방산의 예(출처:https://commons.wikimedia.org)

지방산은 탄소사슬 길이에 따라 다른데, 탄소사슬 길이에 따라 다음과 같이 분류될 수 있다.

불포화지방산은 탄소원자 사이에 하나 또는 그 이상의 이중결합을 갖는다.(이중결합 탄소는 수소 첨가반응에 의해 이중결합이 단일결합으로 변환될 수 있다. 그래서 이중결합을 불포화 되어있다고 한다.) 이중결합이 되어있는 탄소원자는 cis- 또는 trans- 배열을 가질 수 있다.

cis 배열은 이중결합에 인접한 수소원자가 사슬의 같은 방향에 있는 것을 의미한다. 강한 이중결합은 그것의 입체형태를 결정하는데, cis 이성질체인 경우에 사슬을 휘게 만들고 지방산의 자유로운 입체변환을 제한한다. 다수의 이중결합에 cis- 형태를 갖는 사슬은 유연성이 낮다. 예를 들어, 하나의 이중결합을 갖는 올레산(oleic acid)의 경우 kink(구부러지는 곳)을 갖고 리놀레산(linoleic acid)의 경우 이중결합 2개를 가지고 있어서 더 많이 구부러져 있다. 세 개의 이중결합을 갖는 알파-리놀렌산(α-Linolenic acid)은 후크 모양으로 굽어져 있다. cis- 형태가 지방 이중층의 인지질의 일부이거나, 지질 방울(lipid droplet)의 트리아실글리세롤의 일부로 존재하고 있을 때, cis- 형태는 지방산이 서로 밀착 되는 것을 방지해주고 이에 따라 세포막이나 지방의 녹는점에 영향을 미친다.

cis 이성질체와 대조적으로 trans 배열은 인접한 수소원자가 사슬의 반대방향으로 놓여있음을 의미한다. 결과적으로 이 형태는 사슬을 많이 휘어지게 하지 않으며 직선의 포화 지방산 모양과 유사하다. 대개 자연적으로 발생하는 불포화 지방산에서 각 이중결합 다음으로 3n개의 탄소가 이어지는데 모두 cis 결합이다. 대부분 trans 형태의 지방산들은 자연에서는 발견되지 않고 인체에서도 그렇다. 다양한 유형의 포화, 불포화 지방산들의 기하학적인 차이는 생체 프로세스에서 중요한 역할을 하고 생물학적 구조(세포막과 같은)에 중요한 영향을 미친다.

지방산은 신체에 필수적으로 요구되지만 당과 같은 다른 물질로부터 충분한 양이 합성될 수 없다. 그러므로 음식으로 꼭 섭취해주어야 하는데 이들을 필수 지방산이라고 한다. 두 종류의 필수 지방산이 있는데 하나는 메틸기로부터 세개 탄소만큼 떨어진 곳에 이중결합을 갖는 것과 다른 하나는 6번째 떨어진 탄소에 이중결합을 갖는 것이 있다. 인간은 카르복실기부터 시작해서 9번째 또는 10번째 이상의 위치에 있는 지방산 사슬에서 이중결합을 만드는 능력이 부족하다. 따라서 인간은 리놀레산(LA)과 α-리놀렌산(ALA)을 필수적으로 섭취해야만 한다.⁵⁾ 이들은 식물성 기름에 다양하게 분포되어 있다. 신체는 ALA를 긴사슬의 오메가-3 지방산(eicosapentaenoic acid; EPA ,docosahexaenoic acid; DHA)으로 변환하는 능력이 제한되어 있다.

포화지방산은 이중결합을 갖지 않는다. 그러므로 지방산들은 수소로 포화되어 있다(이중결합은 각 탄소의 수소 개수를 감소시킨다.) 포화 지방산은 단일 결합만을 가지기 때문에 각 탄소원자는 수소 2개를 갖는다(오메가 탄소는 끝부분에 3개의 수소를 가지므로 제외)

지방산의 탄소원자의 위치는 카르복실기부터 세는 방법과 메틸기부터 세는 방법이 있다. 만약 카르복실기부터 번호를 붙인다면 C-1, C-2, C-3, ... 등으로 표기된다(아래 그림의 파란색 표시). 만약 메틸기부터 센다면 ω-n 형식으로 나타낼수 있다(빨간색으로 표시된 부분, 메틸기의 탄소가 ω-1).

지방산 탄소 번호(출처:https://commons.wikimedia.org)

따라서 지방산에서 이중결합의 위치는 C-n 또는 ω-n 2가지 방식으로 나타낼 수 있다. 18개 탄소를 갖는 지방산에서, 카복실기부터 탄소수를 센다면 C-12(또는 ω-7)와 C-13(또는 ω-6)사이의 이중결합은 Δ12로 표현될 수 있고, 메틸기부터 센다면 ω-6로 표현할 수 있다.

Δ는 그리스 문자로 "델타"라고 읽는데 로마문자로 D로 나타낸다. ω(오메가)는 그리스 문자의 마지막 문자이고 지방산 사슬의 마지막 탄소원자를 나타낼 때 사용한다. ω-n 표기는 필수 지방산의 메틸기에 가까운 이중결합의 위치를 나타내는 데에만 사용한다. 홀수 개의 탄소를 갖는 지방산은 odd-chain 지방산이라고 부르는데 짝수 사슬 지방산과의 차이점은 포도당신생합성(gluconeogenesis)과 관련되어 있다.

1. Tsuji A (2005) Small molecular drug transfer across the blood-brain barrier via carrier-mediated transport systems. NeuroRx, 2: 54–62
2. Vijay N, Morris ME (2014) Role of monocarboxylate transporters in drug delivery to the brain. Curr. Pharm. Des, 20: 1487–98 
3. Beermann C, Jelinek J, Reinecker T 등 (2003) Short term effects of dietary medium-chain fatty acids and n−3 long-chain polyunsaturated fatty acids on the fat metabolism of healthy volunteers. Lipids in Health and Disease, 2: 10
4. Millar AA, Smith MA, Kunst L (2000) All fatty acids are not equal: discrimination in plant membrane lipids. Trends Plant Sci, 5: 95-101
5. Bolsover, Stephen R 등 (2004) Cell Biology: A Short Course. John Wiley&Sons, 42