脂質代謝と脂肪酸酸化
脂質代謝は、脂肪酸、トリアシルグリセロール、コレステロール、ケトン体を身体が合成、貯蔵、動員、酸化する経路の統合された集合体です。これは栄養供給と細胞のエネルギー生産および膜生物学を結びつけ、そのホルモン調節は、摂食状態での脂肪貯蔵と、絶食および運動中の脂肪酸化との間で身体を切り替えます。
Definition
脂質代謝は、脂肪酸、トリアシルグリセロール、ステロールを構築する同化経路と、それらを加水分解および酸化する異化経路、ならびに栄養状態およびエネルギー状態に応じてこれらの経路を通るフラックスを調整するホルモンおよび転写制御から構成されます。
Scope
この分野では、主要な脂質経路について学習者を案内します。ATP生産のための脂肪酸のミトコンドリアβ酸化、細胞質における脂肪酸およびトリアシルグリセロール合成（脂肪生成）、コレステロールの合成とフィードバック調節された恒常性、肝臓でのケトン体生産と末梢利用、および脂肪組織のエネルギー貯蔵を制御する脂肪分解-脂肪生成サイクルです。これらは、脂質異常症の管理ガイドとしてではなく、連結された生化学的および生理学的システムとして扱われます。
Sub-topics
Core questions
- 細胞は脂質を貯蔵するか、エネルギーのために酸化するかをどのように決定するのでしょうか？
- 脂肪酸合成は脂肪酸酸化とどのように相互に協調しているのでしょうか？
- コレステロールのバランスは、合成と取り込みのフィードバック制御を通じてどのように維持されているのでしょうか？
- 肝臓はいつ、なぜケトン体を生産し、それらは末梢組織によってどのように利用されるのでしょうか？
Key concepts
- β酸化
- 脂肪酸およびトリアシルグリセロール合成
- コレステロール恒常性
- ケトン体
- 脂肪分解と脂肪生成
- カルニチンシャトル
- マロニル-CoA
- 摂食状態と絶食状態間のホルモンによる切り替え
Key theories
- マロニル-CoAによる脂肪酸酸化の制御
- マロニル-CoAは、脂肪酸合成の最初のコミットされた中間体であり、カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ1を阻害し、それによって脂肪酸のミトコンドリアへの侵入をブロックします。これにより、脂肪酸の同時合成と酸化を防ぐ相互切り替え機構が提供されます。
- SREBPによる脂質合成のフィードバック調節
- ステロール調節エレメント結合タンパク質は膜結合型転写因子であり、細胞内ステロールが低い場合に処理されてコレステロールおよび脂肪酸合成に関わる遺伝子を活性化し、脂質供給を転写フィードバックループに結合させます。
Mechanisms
摂食状態では、インスリンはグルコース取り込みと脂肪生成を促進します。アセチル-CoAはマロニル-CoAにカルボキシル化され、脂肪酸が合成されてトリアシルグリセロールにエステル化され、増加するマロニル-CoAはミトコンドリアの脂肪酸取り込みを抑制します。絶食または運動中には、低インスリンと高グルカゴンまたはカテコールアミンが脂肪組織の脂肪分解を活性化し、肝臓と筋肉に移動する遊離脂肪酸を放出します。そこで、減少するマロニル-CoAはカルニチンシャトルを脱抑制し、脂肪酸がミトコンドリアに入り、β酸化を受けてアセチル-CoAとなり、NADH、FADH2、ATPを生成します。肝臓のアセチル-CoAがクエン酸回路の能力を超える場合、それはケトン体に変換され、脳や他の組織の燃料として機能します。コレステロールのバランスは、その合成と受容体介在性リポタンパク質取り込みのフィードバック制御によって並行して維持されます。
Clinical relevance
ここに要約された経路は、身体の食事性および貯蔵脂肪の処理の根底にあり、脂肪酸酸化障害、脂質異常症、脂肪肝、糖尿病性ケトアシドーシスなどの状態を理解するための生化学的背景を提供します。この項目は、参照および教育目的のための正常な生理学と調節を記述しており、個人の診断や治療の根拠となるものではありません。
History
脂肪酸酸化の化学は、20世紀初頭のフランツ・クヌープの標識実験によって初めて概説され、2炭素の「β酸化」メカニズムは、補酵素Aとクエン酸回路に関する世紀中頃の研究を通じて詳細化されました。マロニル-CoAによる合成と酸化の相互調節はマクギャリーとフォスターによって明確にされ、LDL受容体に関するゴールドスタインとブラウンの研究、およびその後のSREBPシステムの特定により、コレステロールと脂質合成のフィードバック論理が確立されました。
Key figures
- J. Denis McGarry
- Salih Wakil
- Joseph Goldstein
- Michael Brown
- Daniel Steinberg
Related topics
Seminal works
- mcgarry-foster-1980
- horton-2002
- wakil-2009
Frequently asked questions
- 脂肪酸酸化と脂肪酸合成の違いは何ですか？
- 酸化は、脂肪酸をアセチル-CoAに分解してエネルギーを放出する異化的なミトコンドリア経路であり、合成は、アセチル-CoAから脂肪酸を構築する細胞質性の同化経路です。両者は相互に調節されており、同時に最大速度で進行することはありません。
- なぜ体はケトン体を作るのですか？
- 長期間の絶食や炭水化物不足の間、肝臓は脂肪酸酸化からの余剰なアセチル-CoAをケトン体に変換します。これにより、水溶性で輸送可能な燃料が提供され、グルコースが限られている場合に脳や他の組織が利用できます。