동물 세포는 식물과 달리 지방산을 이용해서 당을 합성할 수 없는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 식물세포 같은 경우에는 지방산을 이용해서 포도당을 합성할 수 있다고 알고 있는데 동물세포의 같은 경우에는 지방산을 이용해서 포도당을 합성할 수 없는 이유가 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
지방산 분해산물인 아세틸CoA가 동물세포에서 포도당의 전구체로 전환될수 없기때문입니다.
동물세포는 지방산은 산화시켜 아세틸 CoA로 만들지만, 글리옥실산 회로가 없기때문에 지방산으로부터 당을 직접 만들어낼수가 없습니다.
감사합니다.
결론부터 말씀드리면 글리옥실산 회로가 없기 때문입니다.
지방산은 베타 산화를 통해 아세틸-CoA로 분해되는데, 동물 세포의 경우, 아세틸-CoA는 주로 TCA 회로(시트르산 회로)에 들어가 ATP를 생산하는 데 사용됩니다. 문제는 이 회로 과정에서 아세틸-CoA의 탄소 2개가 이산화탄소로 모두 방출된다는 점입니다. 따라서 아세틸-CoA의 탄소를 이용해서 새로운 탄소 골격, 즉 포도당을 만들 수 없는 것입니다.
반면 식물 세포에서는 글리옥시솜이라는 특수 소기관에서 글리옥실산 회로가 가동되는데 이 회로는 TCA 회로의 일부 단계를 건너뛰고 아이소시트르산 분해효소와 말산 생성효소를 거치며 아세틸-CoA의 탄소가 이산화탄소로 방출되지 않고, 석신산이라는 4개의 탄소를 가진 물질로 생성됩니다. 이 석신산은 미토콘드리아로 이동하여 TCA 회로의 일부 과정을 거친 후, 세포질에서 포도당 신생합성을 통해 포도당으로 전환될 수 있는 것입니다.
동물 세포는 지방산을 이용한 당 합성에 필요한 글리옥실산 회로를 구성하는 효소들을 가지고 있지 않기 때문입니다. 이 회로는 식물, 균류, 일부 세균에서 발견되며, 지방산 분해로 생성된 아세틸-CoA를 이용하여 호박산과 말산 등을 거쳐 포도당을 합성할 수 있도록 합니다. 하지만 동물 세포에는 이 회로가 존재하지 않으므로 지방산을 당으로 전환하는 경로가 없습니다.
안녕하세요.
네, 말씀해주신 것과 같이 동물같은 경우에는 지방산을 이용해서 당을 신생할 수 없는데요, 지방산은 β-산화 과정을 거쳐 탄소 2개로 이루어진 Acetyl-CoA로 분해되는데 Acetyl-CoA는 피루브산이나 옥살로아세트산(OAA)으로 역전환되지 못합니다. 이는 TCA 회로(시트르산 회로)의 피루브산으로부터 Acetyl-CoA 단계(피루브산 탈수소효소 반응)는 되돌릴 수 없는 반응이기 때문입니다. 즉, Acetyl-CoA는 TCA 회로에 들어가면 이산화탄소로 날아가 버려서, 새로운 포도당 합성에 기여할 수 없습니다. 반면에 식물의 경우에는 지방산을 Acetyl-CoA로 분해한 뒤, 글리옥실산 회로(Glyoxylate cycle)를 통해 옥살로아세트산(OAA)을 만들 수 있는데요, OAA는 포스포엔올피루브산(PEP)으로부터 포도당으로 이어지는 당 신생 과정(gluconeogenesis)으로 연결될 수 있으며, 따라서 지방(특히 종자 속 기름)을 포도당으로 바꿔 발아 시 에너지원으로 활용할 수 있는 것입니다. 감사합니다.