脂肪酸は、炭素と水素の鎖からなり、末端にカルボキシル基を持つ有機分子です。体内でエネルギー源、細胞膜の構成成分、シグナル伝達分子の前駆体として重要な役割を果たします。脂肪酸には、飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、多価不飽和脂肪酸など、それぞれ異なる特性と機能を持つ複数の種類があります。脂肪酸の生合成は、主に肝臓と脂肪組織で、アセチルCoAなどの単純な分子から行われます。そのため、脂肪酸の構造、種類、機能、そして生合成を理解することは、体内でのこれらの分子の役割をより深く理解する上で重要です。
人体における脂肪酸生成のプロセスを学びます。
脂肪酸は人体の機能に不可欠な分子であり、体内で様々な機能を果たします。脂肪酸は、片端にカルボキシル基を持つ炭素鎖で構成されており、鎖の長さと二重結合の数によって分類されます。
脂肪酸には主に飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸の2種類があります。飽和脂肪酸は鎖中に二重結合を持たず、不飽和脂肪酸は1つ以上の二重結合を持ちます。これらの構造の違いが、脂肪酸の物理的および生物学的特性に影響を与えます。
脂肪酸は、エネルギー源、細胞膜の成分、ホルモンの前駆体など、体内で重要な役割を果たします。さらに、ビタミンA、D、E、Kなどの脂溶性ビタミンの吸収にも不可欠です。
脂肪酸の生合成は、アセチルCoAなどの前駆体から始まり、細胞の細胞質で起こります。このプロセスは、様々な段階で作用する一連の酵素によって触媒され、様々な長さと飽和度の脂肪酸が形成されます。
脂肪酸の生合成を調節することは、体内の代謝バランスを維持するために不可欠であることを強調しておくことが重要です。このプロセスの変化は、肥満やインスリン抵抗性などの代謝障害につながる可能性があります。
要するに、脂肪酸は人体の機能に不可欠な分子であり、いくつかの重要な機能を担っています。これらの酸の生合成は細胞の細胞質で行われ、一連の酵素によって制御されています。個人の健康と幸福を確保するためには、脂肪酸の産生を適切なバランスに保つことが重要です。
健康的な食生活のために、さまざまな種類の脂肪酸とその特性について学びましょう。
脂肪酸は、私たちの体の正常な機能に不可欠な有機分子です。細胞膜の構造、脂溶性ビタミンの輸送、代謝プロセスの調節において重要な役割を果たします。脂肪酸にはいくつかの種類があり、それぞれ独自の特性を持ち、私たちの健康にさまざまな影響を与えます。
飽和脂肪酸は、肉や乳製品などの動物由来の食品に含まれています。室温では固体で、血中のLDLコレステロール（悪玉コレステロール）の増加と関連しています。一方、一価不飽和脂肪酸や多価不飽和脂肪酸などの不飽和脂肪酸は、より健康に良いと考えられています。アボカド、魚、ナッツなどの食品に含まれており、心血管疾患の発生率低下との関連があります。
オメガ3脂肪酸とオメガ6脂肪酸は必須多価不飽和脂肪酸の一例で、体内で生成することができないため、食物から摂取する必要があります。炎症の調整、心血管系と脳の健康、そして健康な肌の維持に重要な役割を果たします。
脂肪酸の生合成は、グルコースやアセチルCoAなどの前駆物質から体内で行われます。このプロセスは、体の必要に応じて生成される脂肪酸の量と種類を制御する酵素によって制御されています。
したがって、健康的な食生活を送るためには、脂肪酸の種類を理解し、様々な種類の健康的な脂肪源を食事に取り入れることが重要です。魚、アボカド、ナッツなど、不飽和脂肪酸を豊富に含む食品を選び、脂っこい肉や加工食品など、飽和脂肪酸を豊富に含む食品の摂取を控えましょう。そうすることで、体の健康を促進し、栄養不足に関連する病気を予防することができます。
人体の正常な機能にとっての脂肪酸の重要性。
脂肪酸は、人体の正常な機能に不可欠な分子です。エネルギーの供給、細胞膜の形成、代謝プロセスの調節、シグナル伝達分子の前駆体としての働きなど、いくつかの重要な機能を担っています。
脂肪酸には様々な種類があり、主なものは 飽和脂肪酸 そしてその 不飽和脂肪酸飽和脂肪酸は肉や乳製品などの動物由来の食品に含まれており、不飽和脂肪酸は魚、ナッツ、種子などの食品に含まれています。
脂肪酸は、血中の悪玉コレステロール値を下げ、善玉コレステロール値を高めるため、心臓血管の健康に不可欠です。また、脳細胞膜の形成と維持に貢献し、脳の健康にも重要な役割を果たします。
脂肪酸の生合成は、体内でグルコースやアセチルCoAなどの前駆物質から起こります。この過程では、特定の酵素が脂肪酸の形成に必要な化学反応を触媒します。
つまり、脂肪酸は人体の正常な機能に不可欠であり、いくつかの重要な機能を担っています。健康と幸福を維持するためには、バランスの取れた食事を通して十分な脂肪酸を摂取することが重要です。
脂肪酸に共通する主な構造的特徴。
脂肪酸は、片端にカルボキシル基（-COOH）を持つ直鎖炭素鎖からなる分子です。これらの分子は、炭素鎖中に偶数個の炭素原子が存在するという共通の構造特性を有しています。さらに、脂肪酸は炭素鎖の長さと不飽和度（炭素原子間の二重結合の有無）によって分類されます。
飽和脂肪酸は炭素原子間に単結合を持ち、不飽和脂肪酸は1つ以上の二重結合を持ちます。これらの二重結合は炭素鎖上の異なる位置に位置するため、シス異性体やトランス異性体といった異なる幾何異性体が生じます。
脂肪酸のもう一つの重要な構造的特徴は、炭素鎖によって形成される疎水性の尾部と、カルボキシル基によって代表される親水性の頭部の存在です。この構造により、脂肪酸は両親媒性分子となり、親水性物質と疎水性物質の両方と相互作用することができます。
要約すると、脂肪酸は、偶数の原子を持つ炭素鎖の存在、飽和または不飽和の分類、二重結合の存在、分子の両親媒性などの構造特性を共有しています。
脂肪酸：構造、種類、機能、生合成
Os 脂肪酸 炭化水素から誘導される有機高分子であり、疎水性（脂溶性）を持つ炭素原子と水素原子の長い鎖で構成され、脂肪と脂質の構造的基礎となります。
これらは、炭化水素鎖の長さ、二重結合の存在、数、位置、構成によって区別される非常に多様な分子です。
動物、植物、真菌、細菌や酵母などの微生物の脂質には、100 種類を超える脂肪酸が記載されており、ほとんどの生物において種や組織に特有のものであると考えられています。
人間が日常的に摂取する油や脂肪は動物または植物由来であり、主に脂肪酸で構成されています。
1.はじめに
脂肪酸分子は細胞レベルで重要な役割を果たし、必須成分となっていますが、その一部は動物によって合成できないため、食事から摂取する必要があります。
脂肪酸は細胞質内に自由種として存在するのは珍しいため、通常は次のような他の分子複合体の一部として存在します。
– 生体膜に含まれる脂質。
– 植物や動物の貯蔵庫として機能するトリグリセリドまたは脂肪酸エステル。
– ワックス、脂肪酸と長鎖アルコールの固体エステル。
– その他の類似物質。
動物では、脂肪酸は、トリアシルグリセロールと呼ばれる複合体で構成された小さな脂肪滴として細胞の細胞質に蓄えられています。トリアシルグリセロールは、各炭素原子にエステル型結合によって脂肪酸の鎖が結合したグリセロール分子にすぎません。
細菌には短く、一般的に一価不飽和脂肪酸が含まれていますが、自然界では、炭素原子の数が偶数（一般的に 14 ～ 24 個）で、飽和、一価不飽和、または多価不飽和の脂肪酸が一般的です。
構造
脂肪酸は両親媒性分子です。つまり、化学的に定義された 2 つの領域、つまり親水性の極性領域と疎水性の非極性領域を持ちます。
疎水性領域は長い炭化水素鎖で構成されており、化学的に言えば、反応性はそれほど高くありません。一方、親水性領域は末端カルボキシル基（-COOH）で構成されており、酸のように振舞います。
この末端カルボキシル基またはカルボン酸は溶液中でイオン化され、反応性が非常に高く（化学的に言えば）、親水性も非常に高いため、脂肪酸と他の分子との間の共有結合部位となります。
脂肪酸の炭化水素鎖の長さは、一般的に炭素原子の数が偶数であり、これは脂肪酸の成長が炭素のペアで起こるため、脂肪酸が生成される生合成プロセスと密接に関係しています。
最も一般的な脂肪酸は 16 〜 18 個の炭素原子の鎖を持ち、動物ではこれらの鎖は分岐していません。
分類
脂肪酸は、それを構成する結合の性質、つまり炭化水素鎖の炭素原子間の単結合または二重結合の存在に応じて、2 つの大きなグループに分類されます。
したがって、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸が存在します。
– 飽和脂肪酸には炭素-炭素結合が1つしかなく、すべての炭素原子が「飽和」しているか、水素分子に結合しています。
– 不飽和脂肪酸には 1 つ以上の炭素-炭素二重結合があり、そのすべてが水素原子に結合しているわけではありません。
不飽和脂肪酸は、不飽和（二重結合）の数によって、二重結合が 1 つの一価不飽和脂肪酸と、二重結合が 1 つ以上ある多価不飽和脂肪酸に分類されます。
飽和脂肪酸
通常、4～26個の炭素原子が単結合で結合しており、融点は鎖長、つまり分子量に正比例します。
炭素数が4〜8の脂肪酸は25℃で液体で食用油を構成しますが、炭素数が10を超えるものは固体です。
最も一般的なものとしては、パーム核油やココナッツ油に豊富に含まれるラウリン酸、パーム油、ココアバター、豚肉に含まれるパルミチン酸、ココアバターや硬化油に含まれるステアリン酸があります。
これらは、少なくとも生理的条件下では、特に酸化に対して不飽和脂肪酸よりもはるかに安定した脂肪酸です。
飽和脂肪酸は、単一の炭素-炭素結合が自由に回転できるため、非常に柔軟な分子です。ただし、立体障害により、完全に伸長した構造はエネルギー的に最も安定します。
不飽和脂肪酸
これらの脂肪酸は反応性が高く、飽和および酸化されやすい性質があります。植物や海洋生物に多く見られます。二重結合を1つ持つものは一価不飽和脂肪酸またはモノエン脂肪酸、2つ以上持つものは多価不飽和脂肪酸またはポリエン脂肪酸と呼ばれます。
9 位と 10 位の間の炭素原子間に二重結合が存在することは一般的ですが、これは他の位置に不飽和を持つ一価不飽和脂肪酸が存在しないことを意味するものではありません。
飽和脂肪酸とは異なり、不飽和脂肪酸は末端カルボキシル基ではなく、最初のC-C二重結合の位置によって分類されます。そのため、オメガ6（ω6）とオメガ3（ω3）のXNUMXつのグループに分けられます。
オメガ 6 酸は炭素番号 6 に最初の二重結合を持ち、オメガ 3 酸は炭素番号 3 に最初の二重結合を持ちます。ω 分類は、最後のメチル基に最も近い二重結合によって決まります。
二重結合は、「 シス” e 「トランス」 .
ほとんどの天然不飽和脂肪酸は「 シス 市販の（水素添加）脂肪に含まれる脂肪酸の二重結合は、 「トランス」 .
多価不飽和脂肪酸では、通常、2 つの二重結合は少なくとも 1 つのメチル基、つまり 2 つの水素原子に結合した炭素原子によって互いに分離されています。
機能
脂肪酸は生体内で多様な機能を持っていますが、前述のように、その重要な機能の 1 つは、生体膜の主成分であり、タンパク質や炭水化物と共存する生体内で最も豊富な 3 つの生体分子の 1 つである脂質の重要な一部となることです。
これらは優れたエネルギー基質でもあり、ATP やその他の中間代謝物の形で大量のエネルギーが得られます。
たとえば、動物は炭水化物を蓄えることができないため、脂肪酸は過剰な糖を酸化してエネルギーを蓄える主な源となります。
大腸内の短鎖飽和脂肪酸は、水、ナトリウム、塩化物、重炭酸イオンの吸収を促進する働きがあり、また粘液の生成、結腸細胞（大腸の細胞）の増殖などにも関わっています。
不飽和脂肪酸は、すべての人間の食生活において重要な植物由来の食用油に特に豊富に含まれています。
その他のものは、酵素活性を持つタンパク質のリガンドとして関与しており、それらが存在する細胞のエネルギー代謝に対する影響に関して重要です。
生合成
脂肪酸の分解はβ酸化として知られ、真核細胞のミトコンドリアで起こります。一方、脂肪酸の生合成は、動物細胞の細胞質と植物細胞の葉緑体（光合成器官）で起こります。
これはアセチルCoA、マロニルCoA、NADPHに依存するプロセスで、あらゆる生物、そして哺乳類などの「高等」動物で起こります。例えば、肝臓や脂肪組織、そして乳腺において非常に重要です。
この経路に使用される NADPH は、主にペントースリン酸経路の NADP 依存性酸化反応の生成物ですが、アセチル CoA は、ピルビン酸の酸化的脱炭酸、クレブス回路、脂肪酸の β 酸化など、さまざまなソースから生成されます。
β酸化のような生合成経路は、すべての細胞において、アロステリックエフェクターおよび調節に関与する酵素の共有結合修飾によって高度に制御されています。
マロニルCoAの合成
この経路は、アセチルCoA分子からマロニルCoAと呼ばれる代謝中間体が形成されることから始まり、アセチルCoAカルボキシラーゼと呼ばれる多機能酵素によって触媒されます。
この反応は、カルボキシル分子のビオチン依存性付加反応（-COOH、カルボキシル化）であり、次の 2 つの段階で起こります。
- まず、重炭酸塩のカルボキシル誘導体 (HCO3-) の ATP 依存性転移が、アセチル CoA カルボキシラーゼに関連する補欠分子族 (非タンパク質) として見られるビオチン分子に投与されます。
- その後、CO2がアセチルCoAに転移され、マロニルCoAが生成されます。
– ルート上の反応
動物においては、脂肪酸から炭水化物鎖の形成は、脂肪酸合成酵素として知られる多量体で多機能な酵素によって触媒される連続的な縮合反応を通じて起こります。
この酵素は、アセチルCoAカルボキシラーゼ反応から生成されるアセチルCoAユニットと複数のマロニルCoA分子の縮合を触媒します。このプロセスでは、添加されるマロニルCoAごとに2つのCOXNUMX分子が放出されます。
成長する脂肪酸は「アシル輸送タンパク質」またはACPと呼ばれるタンパク質にエステル化され、アシル基とチオエステルを形成します。 大腸菌、 このタンパク質は 10 kDa のポリペプチドですが、動物では脂肪酸合成酵素複合体の一部です。
これらのチオエステル結合が破壊されると大量のエネルギーが放出され、熱力学的に生合成経路における縮合段階の発生が可能になります。
脂肪酸合成酵素複合体
細菌では、脂肪酸合成酵素活性は、アセチル CoA とマロニル CoA を使用して脂肪酸を形成する 6 つの独立した酵素に対応しており、6 つの異なる酵素活性が関連しています。
一方、哺乳類では、脂肪酸合成酵素は、分子量約 500 kDa の多機能ホモ二量体酵素複合体であり、XNUMX つの異なる触媒活性を有し、アシルキャリアタンパク質が関連しています。
ステップ1：プライマー反応
代謝中間体を ACP 酵素に結合する役割を持つシステイン残基のチオール基には、合成が始まる前に必要なアシル基を付加する必要があります。
この反応では、アセチルCoAのアセチル基が脂肪酸合成酵素のACPサブユニットのシステイン残基の1つにあるチオール（-SH）基に転移されます。この反応は、ACPアシルトランスフェラーゼサブユニットによって触媒されます。
その後、ACPのアセチル基は、複合体を構成する別の酵素サブユニット（β-ケトアシルACPシンターゼ）の触媒部位にある別のシステイン残基へと転移されます。こうして、酵素複合体は合成を開始するための「準備」が整います。
ステップ2：マロニルCoAユニットの転移
アセチルCoAカルボキシラーゼによって生成されたマロニルCoAは、ACPのチオール基に転移され、この反応中にCoA部分が失われます。この反応は脂肪酸合成酵素複合体のマロニルACPトランスフェラーゼサブユニットによって触媒され、マロニルACPが生成します。
このプロセス中、マロニル基はそれぞれエステルとスルフィドリル結合を介して ACP と β-ケトアシル ACP シンターゼに結合します。
ステップ3：結露
β-ケトアシル-ACP シンターゼ酵素は、「プライミング」段階で付加されたアセチル基を、前の段階で ACP に転移されたマロニル基の炭素 2 に転移する反応を触媒します。
この反応中、マロニル基から二酸化炭素分子が放出されます。これは、アセチルCoAカルボキシラーゼのカルボキシル化反応において重炭酸塩から供給される二酸化炭素に相当します。アセトアセチルACPが生成されます。
ステップ4：削減
β-ケトアシル-ACP 還元酵素サブユニットは、アセトアセチル-ACP の NADPH 依存性還元を触媒し、それによって D-β-ヒドロキシブチリル-ACP が形成されます。
ステップ5：脱水
この段階では、エノイルサブユニットの作用によりD-β-ヒドロキシブチリル-ACPが脱水反応を起こし、トランス-α,β-アシル-ACPまたはΔ2-アシル-ACP（クラトニル-ACP）が形成される。ACPヒドラターゼ
その後、クラトニルACPは、エノイルACP還元酵素サブユニットによって触媒されるNADPH依存性反応によってブチリルACPへと還元されます。この反応は、ほぼすべての脂肪酸の前駆体であるパルミトイルACPを生成するために必要な7サイクルのうちの最初のサイクルを完了させます。
その後の縮合反応はどのように進行するのでしょうか?
ブチリル基はACPからβ-ケトアシルACPシンターゼのシステイン残基のチオール基に転移され、それによってACPはマロニルCoAから別のマロニル基を受け入れることができるようになります。
したがって、起こる反応はマロニル-ACP とブチリル-β-ケトアシル-ACP シンターゼの縮合であり、β-ケトヘキサノイル-ACP + CO2 が生成されます。
後続のステップ（さらに 5 つのマロニル単位を追加した後）で生成されるパルミトイル ACP は、チオエステラーゼ酵素の活性により遊離パルミチン酸として放出され、CoA に転移されるか、またはリン脂質およびトリアシルグリセリドの合成経路のためにホスファチジン酸に組み込まれます。
ほとんどの生物における脂肪酸合成はパルミトイル-ACP の合成で停止します。これは、β-ケトアシル-ACP シンターゼサブユニットの触媒部位がこの長さの脂肪酸のみを収容できる構成になっているためです。
奇数の炭素原子を持つ脂肪酸はどのように形成されるのでしょうか?
これらは海洋生物に比較的多く存在し、脂肪酸合成酵素複合体によっても合成されます。しかし、「開始」反応は、炭素原子が3つあるより長い分子、プロピオニルACPによって起こります。
長鎖脂肪酸はどこでどのように形成されるのでしょうか?
前述の通り、パルミチン酸は多くの長鎖飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸の前駆体として機能します。脂肪酸の「伸長」プロセスはミトコンドリアで起こり、不飽和脂肪酸の導入は主に小胞体で起こります。
多くの生物は、低い環境温度に適応するために飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸に変換します。これにより、脂質の融点を周囲温度より低く維持できるようになります。
脂肪酸の性質
脂肪酸の特性の多くは、鎖の長さと不飽和の存在と数によって決まります。
– 不飽和脂肪酸は、同じ長さの飽和脂肪酸よりも融点が低くなります。
– 脂肪酸の長さ（炭素原子の数）は、分子の流動性または柔軟性に反比例します。つまり、分子が短いほど流動性が高く、逆もまた同様です。
一般的に、液体の脂肪物質は短鎖脂肪酸と不飽和脂肪酸で構成されています。
植物には不飽和脂肪酸が豊富に含まれており、非常に低い温度で生息する動物にも不飽和脂肪酸が豊富に含まれています。これらの脂肪酸は細胞膜に存在する脂質の成分として、このような条件下で高い流動性を提供します。
生理学的条件下では、脂肪酸の炭化水素鎖に二重結合が存在すると約 30° の曲がりが生じ、これらの分子がより大きな空間を占め、ファンデルワールス相互作用の強度が低下します。
脂質分子に関連する脂肪酸の二重結合の存在は、それらが属する膜内での「パッキング」の程度に直接影響を及ぼし、したがって膜タンパク質にも影響を及ぼします。
脂肪酸の溶解度は鎖長が長くなるにつれて低下し、反比例関係にあります。水や脂質の混合物の中で、脂肪酸はミセルと呼ばれる構造を形成します。
ミセルとは、脂肪酸の脂肪族鎖が「囲まれ」、すべての水分子を「排出」し、表面にカルボキシル基がある構造です。
命名法
脂肪酸の命名法は、特に脂肪酸につけられる一般名を参照する場合、少し複雑になることがあります。これらの一般名は一般に、何らかの物理化学的特性、脂肪酸が存在する場所、またはその他の特徴に関連しています。
多くの著者は、末端カルボキシル基のためこれらの分子は生理的pHでイオン化されるため、末端カルボキシル基を用いて「カルボキシレート」と呼ぶべきであると考えている。 "活動" .
IUPACシステムによれば、脂肪酸の炭素原子の列挙は分子の極性末端にあるカルボキシル基から始まり、この基に結合した最初の2つの炭素原子はそれぞれαとβと呼ばれます。鎖のメチル末端にはω炭素原子が含まれています。
一般的に、体系的な命名法では、それらは「親」炭化水素（同じ炭素原子数の炭化水素）とその末尾の「 o ”は次のように置き換えられます 「おいこ」 不飽和脂肪酸の場合は、 「enoic」が追加されました .
たとえば、炭素原子が 18 個ある脂肪酸 (C18) の場合を考えてみましょう。
– 同じ炭素原子数を持つ炭化水素はオクタデカンとして知られているため、飽和酸は「 オクタデカン酸 " または " オクタデカン酸 」で、一般名はステアリン酸です。
– 構造中の任意の炭素原子間に二重結合がある場合、それは「 オクタデセン酸
– 二重CC結合が2つある場合は 「オクタデカジエン酸」 そして3つあれば オクタデカトリエン酸 "
命名法を要約すると、二重結合のない炭素数 18 の脂肪酸 (飽和) には 0:18 を使用し、不飽和度に応じて、ゼロの代わりに、不飽和が 18 つの分子には 1:18、不飽和が 2 つの分子には XNUMX:XNUMX などと記述します。
不飽和脂肪酸のどの炭素原子間に二重結合があるかを特定したい場合は、不飽和部位を示す数字の上付き文字と接頭辞とともに記号∆を使用します。 「シス 」または 「トランス」 、これの設定に応じて異なります。
参照
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