[기본서] 지질대사
지질대사
1. 지질의 종류와 기능
- 지질은 체내에서 극성을 갖지 않는 물질이다.
- 물에 잘 녹지 않고, 대시 유기용매인 클로로포름, 아세톤, 벤젠, 에테르에 잘 녹는다.
- 지질의 주성분 : 탄소(C), 수소(H), 극성을 유발하는 산소(O) 분자는 적거나 가지고 있지 않다.
| 종류 | 예 |
| 지방산 및 지방산 유도체 | 팔미트산(palmitic acid), 단순지질(지방, 기름), 복합지질(인지질, 당지질), 납(wax), 큐틴(cutin), 수베린(suberin) |
| 이소프레노이드 (isoprenoid) |
정유, 테르펜(terpene), 카로티노이드(carotenoid), 고무, 수지(resin), 스테롤(sterol) |
| 페놀(phenol)화합물 | 리그닌(lignin), 타닌(tannin), 플라보노이드(flavonoid) |
1) 지질의 기능 (6가지)
㉮ 세포의 구성성분
- 원형질막은 막지질을 함유하는데, 인지질, 당지질, 스테롤로 구성됨
- 원형질막은 건중량의 20~40%를 차지함
- 막지질은 반투과성 막의 특성을 유지하는 데 매우 중요함
- 막지질은 수용성 용질이 원형질막을 자유로이 통과하는 것을 억제하는 기능을 가진다.
- 리그닌은 목본식물 세포벽의 구성성분이다.
㉯ 저장물질
- 종자나 과일의 중요한 저장물질이며, 농축된 에너지이다.
㉰ 보호층 형성
- 납(wax), 큐틴(cutin), 수베린(suberin)은 잎, 줄기 또는 종자의 표면을 보호하는 각피층을 만든다.
㉱ 화분매개충 유인
- 휘발성 지방산 유도체는 화분매개충을 유인한다.
㉲ 저항성 증진
- 수지(resin)는 병원균이나 곤충에 대한 저항성을 높여준다.
- 페놀, 타닌, 리그닌은 곤충이 잘 소화하지 못하는 화합물이다.
- 인지질은 수목의 내한성을 증가시킨다.
㉳ 2차산물의 역할
- 고무, 타닌, 알칼로이드는 대사의 2차산물로서 자기방어 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
2. 지방산과 지방산 유도체
1) 지방산과 단순지질
● 단순지질 : 세 분자의 지방산이 글리세롤과 3중으로 에스테르화하여 만들어진 것
● 지방산 : 카르복실기를 하나 가지고 있고, 탄소수가 12~18개 사이의 산으로 구성된 것
지방산은 두 가지로 나뉨.
1) 포화지방산 : 이중결합이 없음 (예 : 팔미트산)
2) 불포화지방산 : 이중결합을 하나 이상 가지고 있음 (예 : 올레산, 리놀레산)
* 지방은 주로 포화지방산으로 되어 있어 상온에서 고체로 존재함.
* 기름은 주로 불포화지방산으로 되어 있어 상온에서 액체로 존재함.
* 추운지방에서 자라는 식물은 불포화지방산(예 리놀레산, 리놀렌산)의 함량이 많다.
2) 복합지질
● 세포막은 원형질막이라고 불리며, 지질의 이중막으로 구성됨(지질 함량의 20~40% 정도.)
● 복합지질
- 세 분자의 지방산중에서 한 분자가 인산이나 당으로 대체된 형태의 지질
- 인산으로 대체된 것을 인지질(원형질막의 주요 성분이며 가장 흔한 복합지질)
- 인지질 : 극성을 띤 머리부분과 극성을 띠지 않은 꼬리부분으로 나뉨. (반투과성 기능을 갖는다.)
- 당지질 : 인산 대신 당류로 대체된 지질 (엽록체에서 주로 발견됨)
3) 납, 각피질, 목전질
● 각피층 : 표면에 왁스층이 있고, 밑에 각피질(펙틴과 결합하여 두꺼운 층)이 존재함.
- 각피층은 양엽에서 두껍게 발달하고, 음엽에서 얇게 발달함.
♣ 납
- 긴 사슬을 가진 알코올이 긴 사슬을 가진 지방산과 에스테르를 만들어 이루어진 화합물.
- 산소 분자를 거의 가지고 있지 않아서 친수성이 거의 없음
- 물에 안 녹기 때문에 이동이 잘 안 되어 납이 축적되는 곳에 가까운 표피세포에서 합성되어 밖으로 분비됨.
♣ 각피질
- 수산기(-OH)를 2개 이상 가진 지방산이 다른 지방산을 만들면서 페놀화합물이 약간 첨가된 형태.
- 큐틴은 각피층에 주로 축적되지만, 세포간극에서 노출된 세포의 표면에도 축적됨
♣ 목전질
- (큐틴과 비슷함) 긴 사슬을 가진 지방산, 긴 사슬을 가지 알코올, 그리고 페놀화합물의 중합체.
- 큐틴보다 페놀 화합물의 함량이 많다.
- 수베린 :
- 수피의 코르크 세포를 둘러싸고 있어 수분의 증발을 억제
- 이층에 축적되어 상처를 보호
- 수피가 상처를 받을 때 합성되어 상처 치유에 기여함
- 탈수와 병원균으로부터 보호하는 역할도 있음.
- 어린뿌리의 내피에 있는 카스파리대는 무기양분의 자유로운 이동을 억제하는데, 수베린으로 만들어져 있어 친수성이 적다.
3. 이소프레노이드 화합물
이소프렌(isoprene, C₅H₈) 단위가 2개 이상 모여서 이루어진 것.
| 에소프렌(isoprene) 수 | 명칭 | 분자식 | 예 |
| 2 | 모노테르펜 (monoterpenes) |
C₁₀H₁₆ | 정유, α-피넨, 솔향, 장미향, 피톤치드(phytoncide) |
| 3 | 세스키테프펜 (sesquiterpenes) |
C₁₅H₂₄ | 정유, 아브시스산, 수지(resin) |
| 4 | 디테르펜 (diterpenes) |
C₂₀H₃₂ | 정유, 수지, 지베렐린, 피톨(phytol) |
| 6 | 트리테프펜 (triterpenes) |
C₃₀H₄₈ | 수지, 라텍스, 피토스테롤, 브라시노스테로이드, 사포닌 |
| 8 | 테트라테프펜 (tetraterpenes) |
C₄₀H₆₄ | 카로티노이드 |
| n | 폴리테르펜 (polyterpenes) |
(C₅H₈)ₙ | 고모 |
1) 정유
- 탄소수가 10~20개 되는 사슬 모양 또는 고리 모양의 테르펜으로 식물의 모든 부위에 존재
- 초본이나 수목의 잎, 꽃 또는 열매에서 독특한 냄새(향기)를 유발하는 휘발성 물질
- 특히 소나무과, 녹나무과, 운향과(초피나무, 귤)의 목본식물과 꿀풀과와 국화과의 초본식물에서 나타남.
- 낙엽냄새, 백리향, 장미향, 라벤더향, 호프향은 정유의 일종이다.
- 귤의 경우에는 껍질에서 71가지의 휘발성 물질의 정유가 존재함.
- 피톤치드는 휘발성정유로서 편백, 삼나무, 소나무 숲에서 발산하여 산림욕 효과 있음
● 정유의 생리적 기능
- 경쟁되는 다른 식물의 생장을 억제 (타감작용)
- 꽃가루받이 매개충을 유인한다.
- 포식자의 공격을 억제하는 역할을 함
2) 카로티노이드
이소프렌 단위가 8개 모여 이루어진 화합물 (뿌리, 줄기, 잎, 꽃, 열매 등의 색소체에 존재함), 카로티노이드는 카로틴(carotene)과 크산토필(xanthophyll)로 나뉜다.
- 암흑 속에서도 합성이 될 수 있어서 암흑에서 자란 식물은 노란색을 띤다.
♣ 카로틴
- 탄수화물로서 분자식이 C₄₀H₆₄
- 노란 색소인 β-카로틴은 비타민 A의 전구물질이며 동물에게 노란 색소를 제공
♣ 크산토필
- 산소 분자를 함유하여 노란색 내지 갈색을 띠며, 가을철 노란 단풍의 주요 색깔이다.
- 루테인은 β-카로틴과 더불어 엽록체에 가장 많이 존재하는 카로티노이드이다.
3) 수지
C₁₀~C₃₀의 탄소수를 가진 수지산(resin acid), 지방산, 납(wax), 테르펜(terpene) 등의 홉합체로서 침엽수와 열대지방의 활엽수에서 발견됨.
- 침엽수는 목재 중량의 25%까지 수지를 함유하는 경우가 있음. (소나무과, 콩과, 이우시과)
- 저장에너지의 역할을 하지 않음.
- 목재의 부패를 방지하는 기능을 가지고 있음
- 나무좀의 공격에 대해 저항성을 만들어 준다.
- 침엽수 나무좀의 공격을 받으면 목부의 유세포가 추가로 수지도(resin duct)를 만들어 수지의 분비를 촉진하여 나무좀의 피해를 적게 한다.
- 올레오레진 : 소나무에서 상업적으로 채취하는데 상업적으로 중요함.
4) 고무
500~6000개의 이소프렌 단위가 직선상으로 연결된 이소프레노이드 화합물이며, 이소프레노이드 중에서 가장 분자량이 크다.
- 2000여 종의 쌍자엽식물에서 합성되며, 나자식물이나 단자엽식물에서는 생산되지 않는다.
- 고무나무는 대부분 브라질원산이지만, 이제는 동남아시아에서도 재배된다.
- 국내에서 일반적으로 고무나무로 알려져 있는 관엽식물은 대부분 무화과속이다.
- 초식동물로부터 자기방어가 가장 신빙성 있는 기능인 것으로 알려져 있다.
5) 스테롤
6개의 이소프렌 단위로 만들어진다.
- 식물스테롤 : 스티그마스테롤, 시토스테롤, 캄페스테롤을 예로 들 수 있다. (스티그마스테롤은 세포막 구성성분으로 세포막이 제구실을 하는 데 필요함)
- 식물스테롤은 인간과 동물에 먹이로서 스테롤을 제공하는 중요한 역할을 한다.
- 식물스테롤은 식물 내에서는 막에 존재하여 막의 안정성을 높이고, 타감물질로 작용하기도 한다.
- 파이토엑디스테로이드 : 식엽성 해충이 잎을 먹으면 자극을 받아 생산되어 곤충의 탈피를 방해함으로써 죽이는 기능을 가지고 있다.
- 브라시노스테로이드 : 스테로이드의 유도체이며, 줄기의 생장을 촉진하여 식물호르몬으로 분류된다.
4. 페놀화합물
- 페닐기에 수산기가 붙어 있는 구조
- 방향족 고리를 보유한 화합물로서 지질보다는 약간의 수용성을 가지고 있다.
- 목본식물에는 페놀화합물이 초본식물보다 많다.
- 미생물에 의해 분해가 잘 되지 않는다.
- 수목의 조직이 분해될 때 땅속에서 최후까지 남아 있으면서 타감작용을 한다.
- 페놀산은 직접적인 역할을 하지 않지만 화합물의 종류에 따라 옥신의 기능을 높이거나 낮추는 작용을 하여 식물생장에 영향을 준다.
1) 리그닌
- 여러 가지 방향족 알코올이 복잡하게 연결된 중합체로 분자량이 크며 용매에 불용성이다.
- 리그닌을 가수분해하면 코니페릴 알코올, 시나필 알코올, 쿠마릴 알코올 등의 방향족 알코올이 생긴다.
- 리그닌은 목본식물 건중량의 15~25% 가량을 차지하며 셀룰로오스 다음으로 지구상에서 흔한 유기화합물이다.
- 리그닌은 동물이 소화할 수 없는 화합물이라서 초식동물로부터 보호하는 역할을 한다.
- 세포벽(중엽층, 1차벽, 2차벽) 구성성분이다.
셀룰로오스의 미세섬유 사이를 충진시켜 압축강도를 높임으로써 셀룰로오스의 미세섬유 사이를 충진시켜 압축강도를 높임으로써 셀룰로오스의 인장강도와 목부의 지지능력을 크게 해 줌.
2) 타닌
- 폴리페놀의 중합체이다.
- 직접적인 생리적 기능은 알려져 있지 않으나, 곰팡이나 박테리아의 침입을 막아준다고 추측됨.
- 떫은맛으로 초식동물이 싫어하도록 유도한다.
- 가지와 줄기가 땅에 떨어진 후 토양에서 분해되지 않고 남아 있으면서 식물의 생장을 억제하는 능력(타감작용)이 있다.
- 참나무류와 유칼리의 수피에 다량으로 함유되어 있다.
- 생가죽을 무두질할 때 첨가하여 가죽의 단백질과 결합시켜 미생물이 분해할 수 없도록 하는데 쓰인다.
3) 플라보노이드
- 탄소를 15개 가진 화합물로서 방향족 고리를 포함한 기본 구조를 가진다.
- 페놀화합물로서는 드물게 수용성을 나타내 꽃잎에서 붉은색, 보라색, 노란색 등 색깔을 만든다.
- 플라보노이드는 주로 세포 내 액포에 존재한다.
- 안토시아닌 : 꽃에서 붉은색, 보라색, 청색을 나타냄. (가을철 낙엽에서 볼 수 있는 붉은 단풍)
- 이소플라본 : 식물이 병원균의 공격을 받을 때 감염부위가 확대되는 것을 억제하기 위해서 합성하는 저분자 화합물인 파이토알렉신 역할을 한다.
- 지베렐린(gibberellin)에 대한 길항작용을 보이며, 항생물질로서 의료용으로도 사용됨.
- 나린제닌(naringenin) : 밀감과 자몽에서 쓴맛을 내는 플라보노이드의 일종으로 강한 항산화 기능을 발휘함.
5. 수목 내 지질 분포와 변화
- 월동기간에는 에너지를 저장하고 내한성을 높이기 위해 지질 함량이 높아지고, 여름에는 낮아진다.
- 수피의 지질 함량이 목부의 심재나 변재보다 높다.
- 수목의 내한성은 탄수화물 함량뿐만 아니라 인지질 함량도 증가한다.
- 열매와 종자의 지질 함량은 영양조직보다 훨씬 더 높다. (탄수화물이나 단백질보다 단위무게당 에너지 생산량이 높다.)
- 지질은 살아 있는 유세포의 세포기질에 저장되는데, 종자의 경우 자엽과 배유에 있으며, 세포소기관의 일종인 올레오솜(oleosome)에 저장된다.
♣올레오솜
- 스페로솜(spherosome), 오일보디(oil body), 오일 방울(oil droplet)으로도 불린다.
- 다른 세포소기관과는 다르게 완전한 막으로 둘러 싸여 있지 않고 반막으로 이루어져 있다.
6. 지방의 분해와 전환
지방은 에너지 저장수단으로 에너지가 필요할 때 분해되어 이동되는데, 수용성이 아니어서 이동이 곤란하므로 설탕으로 전화되어야 한다. O₂를 소모하고 ATP를 생산하는 호흡작용에 해당한다.
♣ 지방의 분해
올레오솜에 있는 리파아제(lipase) 효소에 의해 지방이 글리세롤과 지방산으로 분해되는 과정이다. 이때 만들어진 지방산은 글리옥시솜으로 이동하여 β-탄소가 산화되어 1회에 2개의 탄소가 떨어져 나가면서 분해되는 이것을 β-산화(β-oxidation)이라고 한다. β-산화 시에 NADH가 생성이 되며, 말단전자 전달경로에 의해 O₂를 소모하면서 ATP를 생산한다.
지방의 분해에는 3개의 세포소기관이 관련되어 있다. (올레오솜, 글리옥시솜, 미토콘드리아)
참고서적 : 수목생리학 (이경준 지음)
