동물과 달리 식물은 지방을 당으로 전환할 수 있는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 동물의 경우에는 당을 지방 형태로 저장하더라도 지방을 당으로는 전환하지 못하는 것으로 알고 있는데 식물의 경우에는 이것이 어떻게 가능한 것인지 궁금합니다.
안녕하세요.
네, 질문해주신 것처럼 식물은 세포 소기관인 글리옥시솜(glyoxysome)에 존재하는 글리옥실산 회로(glyoxylate cycle) 덕분에 지방을 당으로 전환할 수 있고, 반대로 동물은 이 대사 경로가 없기 때문에 지방으로부터 당 전환이 불가능합니다. 동물과 식물 모두 지방(특히 저장된 트라이아실글리세롤)은 β-산화 과정을 거쳐 아세틸-CoA로 분해하는데요, 일반적인 TCA 회로(시트르산 회로)에서는 아세틸-CoA가 들어와도, 그 과정에서 방출되는 CO₂ 때문에 탄소가 순수하게 축적되지 않고, 당 생성으로 이어지지 못합니다. 그래서 동물은 “지방은 에너지원”으로만 쓰지, 이를 당 합성(포도당신생합성, gluconeogenesis)의 재료로는 쓰지 못합니다. 또한 동물과는 다르게 식물(특히 기름을 저장하는 종자: 유채, 콩, 해바라기 등)에는 글리옥시솜(glyoxysome)이라는 특수 퍼옥시솜(peroxisome)이 있는데요, 이곳에서는 TCA 회로가 변형된 글리옥실산 회로가 작동합니다. 이 회로에는 아이소시트르산 라이에이스(isocitrate lyase)와 말산 신생효소(malate synthase)라는 효소가 추가로 작용하여, 아세틸-CoA의 탄소를 CO₂로 날리지 않고 숙신산(succinate) 같은 4탄소 화합물로 전환할 수 있습니다. 이 숙신산은 미토콘드리아와 세포질로 이동하여 포스포엔올피루브산(PEP)을 거쳐 포도당신생합성으로 이어지면서 최종적으로 포도당으로 바뀝니다. 감사합니다.
1명 평가안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
식물은 글리옥살산 회로라는 대사경로를 가지고있는데,
지방산을 아세틸CoA로 분해하고, 이산화탄소 방출없이
석신산을 거쳐 포도당신생합성 경로로 연결할 수 있습니다.
반면에 동물들은 해당 회로가 없기때문에 아세틸CoA를 포도당으로 전환시키지 못해서
지방을 직접 당으로 만들 수 없다고합니다.
감사합니다.
식물은 동물에게는 없는 글리옥실산 회로라는 대사 경로를 통해 지방을 당으로 전환할 수 있는 것입니다.
글리옥실산 회로는 동물의 TCA 회로와 달리 아이소시트르산 분해효소와 말산 합성효소 2개가 추가되어 있습니다. 이 효소들 덕분에 식물은 아세틸-CoA의 탄소를 잃지 않고 보존할 수 있는 것이죠.
아이소시트르산 분해효소는 TCA 회로의 중간체인 아이소시트르산을 석신산과 글리옥실산으로 분해하는 역할을 합니다. 그리고 말산 합성효소는 글리옥실산에 아세틸-CoA를 결합시켜 말산을 만듭니다.
이 과정을 통해 지방에서 유래한 아세틸-CoA의 탄소는 석신산이라는 형태로 보존되며, 이 석신산은 미토콘드리아로 이동하여 TCA 회로의 중간체로 작용하고, 결국 옥살아세트산으로 전환됩니다. 그리고 이 옥살아세트산은 포도당 신생 합성 과정을 통해 포도당과 같은 당으로 합성되는 것입니다.
다시 간단히 설명 드리면 식물은 글리옥실산 회로를 통해 지방을 분해하면서 탄소 골격을 보존하고, 이 탄소를 포도당으로 합성하여 발아와 성장에 필요한 에너지와 탄소원을 얻는 것입니다. 이 대사 경로가 동물에게는 없기 때문에 동물은 지방을 당으로 전환하지 못하는 것이죠.
식물은 지방을 당으로 전환하는 데 필요한 글리옥실산 회로를 가지고 있기 때문에 지방을 당으로 전환할 수 있습니다. 이 회로는 지방의 분해 산물인 아세틸-CoA를 탄수화물 합성에 필요한 중간 물질로 바꿔주는 역할을 합니다. 반면, 동물은 해당 회로에 필요한 핵심 효소(아이소시트르산 분해효소, 말산 합성효소)가 없어 지방을 당으로 직접 전환하지 못하고, 지방 분해 산물인 아세틸-CoA는 시트르산 회로를 거쳐 에너지를 만드는 데 주로 사용됩니다.