수업후기
#0
이 공간은 훈련센터이다. 이 공간에 들어오면 기존의 학습방법을 내려 놓아야 한다. 유격훈련 가면 계급장 떼고 훈련복 입는 것과 마찬가지다. 10시간 공부하지 말고 10분 훈련하자. 다른 쪽에서도 이런 트랜드가 드러난다. 영국에서 연구결과가 운동하는 선수에게 딱 1분 운동하는 것과 1시간 운동하는 것을 비교해서 분석한 데이터가 나왔다. 단 1분은 까무러칠 정도로 해야 한다. 그러면 실재 운동효과가 중강도로 1시간 한 것과 거의 같다는 결과가 나왔다. 공부하지 말고 훈련하라.
박자세 그림의 대원칙은 곡선은 없다. 지구도 사각형으로 그린다. 아날로그는 존재하지 않는다. 따라서 자연에 곡선은 존재하지 않는다. 직선밖에 없다. 원이 완벽한 곡선인데, 뉴턴이 만유인력을 유도하는 과정이, 접선벡터를 그려서 지구 중심의 벡터와 직각벡터로 분해하는데 수학적으로 이 말이 맞다. 법선백터는 직선이다. 미분에 극한으로 보낸느데, 어떤 곡선도 극한으로 가면, 직선이 된다. 완벽한 곡선에 가장 근접한 두점을 찍어 연결하면 수학적으로 극한은 두점이 0가 되서 직선이 된다. 자연에 곡선이 없다. 자연에 아날로그가 없듯이. 자연은 원자로 되어 있기에 한 점이다. 아날로그를 좋아하는 것은 인간의 감각이 예민하지 못한 측정에러이고 환상이다. 영원히 무한히 가까운 두 점 사이는 직선이다. 우주공간에 무중력 상태에서 공은 영원한 직선운동을 한다. 곡선은 착각이다. 자연과학이 위대한 것은 우리의 상식이 아닐 수 있다는 것이다.
#1
세포도 직선으로 그린다. 오늘의 이야기는 탄수화물, 지방, 단백질이 우리 세포로 들어와서 어떻게 변화되는가? 이것이 생리학 전체 다 이다. 모세혈관에서 혈장에 녹아있는 글루코스가 세포막의 이온채널로 확산되어 들어온다.
처음 듣는 분들에게 필요한 지식은 카본이 팔이 4개라는 것이다. 수소는 팔이 1개, 산소는 팔이 2개, 질소는 팔이 3개, 인은 팔이 5개이다. 오늘 따라 올 것은 이것 밖에 없다.
글루코스에서 내려오면 인산이 붙어 G6P이다. G6P는 F6P로 바뀐다. 설탕이 분해되면 과당과 글루코스로 나뉜다. 과당은 Fructose라고 한다. 카본이 6개이고 양쪽에 -H, -OH가 계속 나온다. 결합하면 H2O 물이 된다. 그래서 여러분들이 먹는 탄수화물에는 태평양 바다가 있다. 그래서 탄+수화물이다. 탄소가 물이라는 옷을 입은 것이다. P는 (PO3)2-를 말한다.
F6P에 인산이 하나 더 붙으면 FBP이다. 과당에 인산이 2개이다. 다음은 반으로 쪼개져서 3탄당 2개가 된다. 하나는 DHAP, 하나는 G3P(glyceraldehyde-3-phosphate) 이다. DHAP와 G3P는 이성질체로 서로 순간적으로 바꾸어진다. 그래서 G3P만 따라가면 된다. 다음은 BPG이다. 패턴이 반복된다. 다음이 3PG, 다음이 2PG이다. 다음이 PEP(Phospho enol pyruvate)이다. enol에 액센트를 준다. 액센트에 정보가 있다. 공부는 액센트를 따라오면 된다. 사투리 본질도 액센트이다. 정보는 점 하나다. 화룡정점이다. 전체가 있으면 점이 몇개 찍히는 것만 캐치하면 구조를 알게 된다. 로봇 연구하는 사람들도 LED를 붙여서 사람 걷는 느낌 다 나온다. 그런데 LED 몇개만 붙여도 그 사람의 걸음 태도를 다 알게 된다. 점은 핵심이 몇개 안된다. 다음이 마지막으로 PYR(Pyruvate)이다. 다른 것은 포기해도 아름다움을 포기하면 안된다. 아름답지 않으면 기억이 안된다. 무슨 수를 쓰든지 대칭을 확보하면 구조를 알게 된다.
분자식을 6개 해야 한다. 첫번째 G3P는 카본이 3개이다. 카본이 위에서부터 1,2,3번이고, 3번째 카본에 -O-(PO3)2-이다. 2번 카본에 -H, -OH가 붙고, 1번 카본에 aldehyde기가 붙는다. aldehyde는 H-C=O이다. 다음으로 넘어가는 것은 헷갈린다. 나에게 오면 공부하는 방식을 배워야 한다. 내용 따라올려고 애쓸 필요 없다. 다 모른다. 달인의 경지에 올라가면 그 밑에 수제자도 어디서 넘어지는지 다 보인다. 1번카본에 산소는 건드리면 안된다. 무기인산(Pi)이 들어간다. H-O-(PO3)2-이다. 그리고 NAD+분자가 들어간다. NAD+-> NADH는 환원이다. 산화는 장렬히 쪼개지는 것이다. 환원은 모아서 뚱보가 되는 것이다. 해당과정은 산화과정이다. 그래서 NAD+가 들어가서 NADH로 환원되는 과정이 들어간다. 우주는 모두가 상호작용이다. 한쪽이 산화되면 반드시 환원되는 쪽이 있다. 1번카본에 수소가 나가고 무기인산이 붙는다. 두번째 BPG분자이다.
세번째는 3PG로. ADP가 들어가서 인산을 받아 ATP가 되면서 (PO3)2-가 나가고 -O가 남는데, O-로 적는다. COO-는 이산화탄소가 드러난다. 네번째는 2PG로, 2번째 카본에 인산이 붙었으므로 인산이 3번에서 2번으로 자리이동된다. 다섯번째는 PEP로, 물(H2O)을 빼내기 위해 이혼을 하는데 전기음성도가 큰 산소쪽에서 전자를 가지므로, 수소는 양성자로 나기고, 산소는 나갈때 전자를 데리고 나간다. 공부는 훈련이다. 이해가 아니다. 자전거를 이해한다고 탈 수 있는 것이 아니다. 타는 것은 훈련해야 한다. 본인이 10번 넘어져 봐야 된다. 2번탄소에 양성자가 나가고 전자 팔이 하나 남으므로 3번탄소와 C=C 이중결합이 된다. 에놀은 탄소 2중결합이 있는 구조이다. 인간이 만드는 것은 자연의 모방이다. 완벽한 아름다움은 자연에 있다. 그래서 우리가 만들어졌다. 흠집이 있으면 사라진다. 우리가 100년 동안 산다는 것은 100년 동안 아름다움이 맞물려 돌아가고 있기 때문이다.
여섯번째 피루부산이 어떻게 만들어지는가? ADP가 들어가서 2번 탄소 인산기를 떼어 내고 ATP가 된다. 그러면 2번탄소는 남아 있는 O와 이중결합(C=O)이 되는데, 이를 케톤(Ketone)기 라고 한다. C=C 이중결합은 사라지고, 남은 팔은 3번탄소로 내려오는데, 세포 속에 PH7의 중성물은 물 분자 천만개 중에 1개가 쪼개져서 H+와 OH-로 있으므로, 남은 팔에 양성자가 붙어서 -CH3가 된다. 또는 효소작용에 의해 양성자 1개를 공급한다고 생각해도 된다. 이 까지를 여러분이 어떻게 해도 안헷갈릴 정도가 되면 당뇨가 뭐고 단백질이 뭐고 효소가 뭐고를 공부하는 것이다. 그렇지 않으면 다 넘어져 버린다. 여기서 아미노산 만들고, DNA민든다.
이상의 해당작용으로 피루부산이 만들어지고 여기서 고속도로가 3군데로 난다. 이 중 산소가 없는 조건(anaerobic)에서 2갈래로 간다. 첫번째는 매우 중요한 단계로 NADH, H+가 들어가서 NAD+가 되면서 산화가 되면, 피루브산은 양성자 2개를 받아서 환원이 되면서 젓산(lactate)이 된다. 근육에도 젓산이 생기는데, 간으로 보내서 당신생 회로로 보내서 곧장 쓴다. 두번째는 피루브산에서 CO2를 떼어내며 산화가 되고 양성자가 꼽혀서, H-C=O 알데하이드가 된다. 다음은 NADH, H+가 들어가서 NAD+로 산화되면서 CH2OHCH3로 환원되는데, 이것이 알코올이다.
바다에 생선이 엄청 많은데, 술 담글 수 있는가? 소고기, 말고기로 술 담글 수 있는가? 이 회로를 그려보면 광합성 결과로 생긴 것은 모두 술이 된다. 모든 곡류와 과일은 술이 된다. 포도당을 따라오니 술이 된다. 내버려 두면 술이 된다. 길바닥에 버찌가 떨어져 찐득해지고, 비가 와서 추적거리면 술 냄새가 난다. 술을 오래 놓아두면 식초가 된다. 요 과정을 발효라고 한다. 물이 알코올이다. 물이 0가 알코올이다. 알코올은 끝에 -OH가 붙는 것이다. 물의 본질이다. 유기화학 생화학의 근본이 알코올이다.
포도당에서 피루브산까지를 해당과정, 피루브산에서 젓산 또는 알코올이되는 과정을 발효, 가꾸로 올라가는 과정을 당신생이라고 한다. 왔던 길 다시 돌아가는데, 끊어진 다리가 3개이다. 1개는 우회로가 났다. 2개는 효소가 있어야 된다. 효소가 4개 코요하다. 첫번째는 PEP가 절벽이다. 그래서 PYR로 떨어지면 거꾸로 못 올라간다. 에너지 낙차가 크다. 그래서 OAA로 우회하는데, PYR -> OAA로 가는데도 효소가 필요하고, OAA->PEP로 가는데도 효소가 필요하다. 두번째는 FBP -> F6P로 갈 때 새로운 효소가 있어야 한다. 다음이 G6P -> GLU로 갈 때 인산을 떼는 G6Phgosphatase가 있어야 한다. 인체에서는 오직 간에만 있다. 근육과 지방조직에 없다. 그래서 간만이 글루코스가 신생된다. 글루코스는 전기를 띠지 않으므로 간에서 조직으로 마음대로 빠져 나온다. 그래서 혈당조절은 간만이 할 수 있다. 근육에는 글루코스가 넘쳐나도 인산이 붙어서 세포 밖을 나오지 못한다. 그래서 근육은 이기적인 기관이다. 운동선수는 글루코스를 800g까지 저장하지만 혈당조절에 쓰지 못하고 근육에만 쓴다. 간이 중요한 이유이다. 엄청난 지식이다.
당신생(Gluconeogenesis)은 간에서 글루코스를 만드는 것이다. 그러면 안먹어도 되는가? 틀렸다. 어쩻든 먹어야 한다. 도로를 타고 다시 거꾸로 올라가는 것이다. 일단 먹고 일주일 굶었을 때 일어나는 사건이다. PYR -> OAA로 가는데는 Carboxylase와 CO2가 들어가고, OAA -> PEP에는 CO2와 인산이 붙는다. 나머지는 도로 역방향으로 다시 쓴다. 기존 효소작용의 방향만 바꾸면 된다. 그러나 FBP -> F6P는 다른 효소가 있어야 한다. Phosphatase이다. 인산기를 떼어주는 효소이다. G6P -> Glucose에도 G6 phosphatase가 있어야 하는데, 오직 간에만 있다.
#2
다음은 미토콘드리아이다. 내막과 외막 공간을 그린다. 피루부산(PYR)이 미토콘드리아 매트릭스로 들어간다. PYR이 H-S-COA를 만나서 NAD+가 들어가고, CO2, NADH, H+가 나오면 Acetyl-CoA가 된다. 이때 4번째 원자 S가 등장한다. PYR은 광합성 결과물로 C, H, O 밖에 없다. Acetyl-CoA라는 분자는 자식을 많이 만드는데, Glucose가 단군할아버지라면 Acetyl-CoA는 김해김씨쯤 된다. Acetyl기는 CH3-C=O를 말한다. PYR -> AcCoA로 넘어가는데 5개 효소가 작용한다. 백만대군이 달라붙어서 지구초기 냄새가 나는 황을 붙여준 것이다. 그래서 반대의 길은 없다. 끊어진 다리로 생화학의 중요한 지식이다. 절벽을 올라가야 하기 때문이다. 황제다이어트는 탄수화물 안먹고 단백질만 먹는 것이다. 그러면 살이 빠진다. 그러면 지방만 먹고 다이어트 할 수 있는가? 결론은 못한다. 지방만 먹어서는 생존 못하는 이유가 AcCOA에서 PYR로 가는 다리가 끊어졌기 때문이다. AcCOA는 지방을 분해하면 많이 나온다. 그런데 피루브산으로 못 넘어가기에 글루코스를 못 만들고, 그러면 단백질, 핵산을 못 만들어 생활이 되지 않는다.
OAA분자에 AcCOA과 H2O가 들어오고, HS-CoA가 나가면, Citrate가 된다. 다음은 H2O를 빼냈다가 다시 H2O를 집어넣으면 iso-Citrate 가 된다. 알코올(-OH) 위치만 바꾸어 놓은 것이다. 다음은 NAD+가 들어오고, NADH, H+, CO2가 나가면 α-KG가 된다. 다음은 HS-CoA가 다시 들어가고, NAD+가 들어가고 NADH, H+, CO2기 나가면 Succinyl-CoA가 된다. 다시 Pi가 들어오고 HSA-CoA와 GTP가 빠져나오면 Succinate가 된다. 다음은 FAD분자가 들어와서 FADH2로 환원이 되면 Fumarate가 된다. 다음은 물 한분자가 들어가면 Malate가 된다. 다음은 NAD+가 들어가고, NADH, H+가 나오면 다시 OAA가 된다. 이상 20개 분자 한달만 훈련하면 생명현상을 만나게 된다,
G3P에서 해당과정에서 NADH 1개, PYR-> AcCOA에서 NADH 1개, TCA에서 NADH가 3개 FADH2가 1개 나오는데, 글루코스 1개는 2를 곱하여 NADH 10개, FADH2 2개가 나온다. 따라서 글루코스 1개에 NADH와 FADH2 비율이 5:1이다. 만일 지방을 소스로 하면 팔미트산을 분해하면 AcCOA가 8개 나온다. 그래서 AcCOA부터 돌리면, 대략 NADH와 FADH2 비율이 1:1이 된다. 우리 브레인이 글루코스만 에너지 소스로 쓰,는 이유이다. 지방을 에너지 소스로 쓰면 첫번째 NADH탈수소효소에서 전자의 회전속도가 떨어진다. 그러면 전자가 뛰쳐 나와 산소와 결합하여 활성산소가 된다. 뉴런은 태어날 때 정해져서 다시 만들어지지 않기 때문에 브레인에 활성산소가 축적이 되면 2-3년 만에 스톱해야 한다. 브레인은 활성산소 문제를 최소화하기 위해 글루코스만 에너지원으로 쓴다. 입시철에 수험생에게 엿을 나누어주는 이유이다. 엿을 먹으면 바로 뇌에 에너지 공급해서 시험을 잘 치게 해준다. 공부할 때는 당을 먹어야 한다. 우리 브레인이 단 것을 좋아하는 이유이다.
이것을 이해하려면 전자전달계를 알아야하고, 지방산을 태우는 β-oxidation을 알아야 한다. 그러면 겨울에 곰이 지방을 쌓는 것을 이해하고, 탄수화물, 지방, 단백질이 에너지 소스로 어떻게 할당되는가를 이해한다. 분자식을 쓰지 않으면 10년 해도 헷갈린다. 단숨에 끊는 법은 분자식으로 하는 것이다. 공부에는 끝이 있다. 인문철학식으로 뜬구름 잡으면 끝이 없다. 분자상태는 끝이 있다.
미토콘드리아에서 내막에서 일어나는 TCA싸이클은 중요하다. 모든 길은 로마로 통하듯이 TCA싸이클로 통한다. 최근 논문에 succinate와 fumarate가 많이 쌓이면 암과 연결된다. 그래서 많이 쌓이면 안된다. 싸이클은 계속 돌아가는 속도가 중요하다. 속도가 빠르면 문제가 없다. 속도를 결정해주는 것이 섭취량과 소비량의 비례관계이다. TCA회로의 첫번째 결과물은 NADH이다. 두번째는 아미노산 합성과 분해이다. 세번째는 Succinyl-CoA에 글리신과 결합하면 Heme이 나온다. 동물의 적혈구와 식물의 엽록소 성분이다. 동물과 식물의 생명 거대한 흐름과 링크되어 있다. 로마가 온갖 도시로 길이 나 있듯이 TCA 싸이클은 이 모든 분자 하나, 하나와 길이 나 있다. 이 분자 10개 모르고 생화학 하는 것은 총 안들고 전쟁터 나가는 것과 같다. 반대로 이 분자 10개만 알면 나머지 생화학은 이 분자들과 결합하는 과정일 뿐이다.
NADH가 NAD와 H가 공유결합으로 전자 2개가 박혀있다. 분해하면 전자 2개가 위로 올라간다. 전자 2개를 실어 나르는 분자의 흐름이다. 전자 2개는 물을 쪼갰을 때, 광합성해서 나오는 전자 2개가 광합성 결과로 들어간 것을 우리가 먹고 그 전자가 다시 이리로 돌아간다. 김홍표 교수가 생명의 정의로 “생명은 쉴 곳을 찾아가는 전자”라고 하였다. 나는 생명을 “제어된 전자의 흐름”이라고 하였다. 정확히 표현하면 “쉴 곳을 찾아가는 전자의 움직임”이 생명이다. 전자는 물을 태양에너지가 쪼개면 나와서 잠시 고구마에 들어갔다가 우리가 먹어서 소장에 흡수되어 피를 통해 이동하다가 세포로 들어가서 글루코스에서 전자 2개를 꺼내는 과정이다.
NADH는 전자 2개를 잃어버리니 NAD+가 된다. 모든 생명은 전자 2개 이야기이다. 전자 2개를 받는 분자가 FMN이다. 다음으로 Fe-S복합체로 간다. ‘철황복합체’는 생명의 기원인 40억년전부터 뿌리를 박고 있다. 우리 단백질 시스템 속에 철과 황이 그냥 박혀 있다. 공기에 있는 질소가 생명체에 들어오는 과정은 드라마틱하다. 지구상에 어떤 진핵세포도 공기 중 질소를 자기 꺼로 못 만드는데, 오직 뿌리혹박테리아 1종이 성공한다. 공기 중 질소를 고정하는 과정에 들어가는 단백질 콤플렉스에는 철황복합체가 19개가 들어 있다. 차라리 생명이라고 하지 말고 철황복합체라고 하는 것이 맞다 철과 황이 어디에 잇는가? 슈퍼노바에 있다. 지구만한 철 덩어리, 지구만한 황 덩어리가 나온다. 천문학으로 넘어간다. 우리가 슈퍼노바의의 자손이라고 하는 것은 철황복합체가 새겨져 있기 때문이다.
전자 2개는 다음으로 Q분자로 간다. 스타틴 계열 약의 부작용 중에 Q생성을 줄인다. 그래도 고혈압이 더 위험하므로 먹어야 한다. 전자 2개를 실어나르는 2인승 셔틀버스이다. Q는 QH2와 교번으로 돌아간다.
다음으로 전자 2개는 두번째 효소로 가서 양 갈래로 나뉜다. 전자 1개는 Cyt b로 보내서 전자 Pool장으로 보내고, 다른 1개는 시트코롬 c1으로 보낸다. 그래서 두 번째 효소를 Cyt bc1이라고 부른다. 시트코롬(Cyt)은 햄구조가 있는 복잡한 단백질이다.
다음은 전자 1개를 실어나르는 셔틀버스인 Cyt c로 간다. 다음은 세 번째 시트코롬 산화환원효소로 가서 Cu A –> Cyt a -> Cyt a3 -> Cu B로 간다. 이 과정이 활성산소, 노화의 코어이다. 시트코롬에는 코어에 철이 들어 있다. 그래서 Fe3+와 Cu2+상태가 있다. 그러다 전자가 2개 들어오면, Fe2+와 Cu+가 되고, 다시 산소(O2)가 들어와서 Fe와 Cu사이에 들어가고, 양성자가 2개와 전자 2개가 들어가면, Cu-OH와 Fe-OH로 쪼개진다. 양성자가 2개가 들어가면, Fe3+와 H2O가 분리되고, Cu2+와 H2O가 분리된다. 그래서 양성자 4개와 전자 4개가 산소 1분자와 만나서 2분자의 물이 되고, Fe3+와 Cu2+는 다시 분리되므로 촉매역할을 한다.
전자전달계 콤플렉스에서 일어나는 일의 본질은 전자 4개가 오고 양성자가 4개 공급되고, 호흡에서 산소분자가 들어가고, 물 2분자가 된다는 메시지다. 그래서 호흡은 산소가 물로 바뀌는 과정일 뿐이다. 산소가 물로 환원되는 과정이다.
결국 슈퍼노바가 없으면 호흡도 스톱한다. 40억년전부터 최초의 세포가 생길 때 호흡하기 위해 철과 황의 콤플렉스가 있어야 한다. 그래서 호흡복합체에 다 박혀 있다. 나중에 구리까지 관여하여 전자 4개 올 때까지 산소를 가두어야 한다. 가두는 분자형태가 Fe2+-O-O-Cu+이다. 산소가 감옥에 갇혀 있지 않고 빠져 나오면 산소는 전자 2개를 훔치려고 혈안이 되어 있어 미토콘드리아 속에 떠다니는 DNA에서 전자를 2개 빼오면 DNA는 쪼개지는데 활성산소 문제의 핵심이다.
전자의 흐름이 NADH에서 오는 것이 메인인데, NADH에서 안 올수도 있다. 바로 FADH2이다. FADH2가 나도 같은 글루코스 자손이다. 나도 전자 2개를 가지고 있다고 하며 Q로 곧장 전자를 준다. 그리고 FAD가 된다.
전자를 전달하는 과정에서 1번 효소에서 양성자를 4개, Q에서 양성자 2개, 3번 효소에서 4개의 양성자를 펌핑한다. 막간 공간이 내막보다 양성자 농도가 100배 이상 높아지면 3개의 양성자가 ATP합성효소로 빠져 나오면 터빈이 돌아가면서 ADP 1분자가 ATP 1분자로 바뀐다. 지구상 모든 생명체는 ATP분자를 에너지로 쓴다. 인간은 하루에 ATP 50kg을 만든다.
#3
미토콘드리아에서 citrate가 세포질로 빠져나온다. 그러면 2개로 쪼개어진다. OAA와 Acetyl-CoA인데, Acetyl-CoA가 가는 길이 지방으로 가는 길이다. 아세톤(CH3-C=O-CH3)의 CH3에 S-CoA가 붙은 것이 Acetyl-CoA이다. 이 분자가 두 갈래로 가는데, 한 갈래는 콜레스테롤, 한 갈래는 팔미트산이다. 모두 중요하다.
팔미트산으로 가는 길은, S-CoA 대신에 S-ACP(acyl carrier protein)가 들어간 Acetyl-ACP이다. S-ACP효소는 거대한 허브의 코어이다. Acetyl-CoA에 이산화탄소를 공급하면 산소(O)의 달이 2개가 뜬 malonyl-CoA가 된다. 이산화탄소를 실어나르는 분자는 Biotin이고 결합시켜주는 효소는 ACC(Acetyl CoA carboxylase)이다. ACC는 큰 덩어리이다. AMPK가 제어하는 첫번째 효소가 ACC이다.
Acetyl-ACP에 malonyl-CoA가 들어가고 CO2가 나가면 산소(O)의 달이 2개가 뜬-ACP가 된다. 다시 환원시켜 달을 없애버리기 위해 NADPH가 NADP+, H+로 산화하고, 다시 물을 빼내면 달이 1개 사라진다. 다시 NADPH, H+가 NADP+로 산화되면,서 이중결합이 없어지고 Butyryl-ACP가 된다. 이 과정을 7번 반복하면 팔미트산(palmitate)이 된다. 카본이 16개고 모두 포화되어 있어 이중결합이 없다. 분자식은 CH3(CH2)14COOH이다. R-COOH로도 적는데, Phosphate-glycerol에 acyl-transferase효소가 작용하여 물이 빠져 나오면서 결합하면 인지질이 된다. 이상을 지방산 합성이라고 하는데, 시트르산이 세포질로 빠져 나와서 일어나는 일이다.
다른 경로는 acetyl-CoA가 2개 결합하고 다시 1개를 결합해주면 β-hydroxymethylglutaryl-CoA(HMG-CoA)라는 유명한 분자가 된다. 다음단계로 환원시키는 분자인 HMGR이 작용하여 mevalonate가 된다. HMGR 분자를 억제하는 약이 스타틴 계열 고혈압약이다. mevalonate가 여러 과정을 겨쳐서 IPP로 카본이 5개인 유기분자가 된다. 다은은 이중결합 위치가 바뀌는데 DMAPP이다. DMAPP와 IPP가 결합하면 Geraryl-PP(GPP)로 카본이 10개인 분자다. 여기에 DNAPP가 다시 붙으면 FPP로 카본이 15개이다. 다시 FPP를 2개 붙이면 카본이 30개인 Squalene, dolichol. QC10이 되고, Squalene 분자에서 27개 탄소로 바뀐 것이 콜레스테롤(cholesterol)이다.
#4
HDL, LDL 사건을 확실히 이해하여야 한다. 입으로 지질이 들어오면, 소장으로 들어가고 지질 분해하는 담즙산이 나온다. 유화작용해서 지방이 미셀구조로 바뀐다. 미셀구조를 소장융모세포에서 흡수한다. 흡수하는 채널이 NPC1L1이다. 또한 소장세포에서 만드는 것이 Apo48이다. 소장세포에서 림프시스템으로 방출하는 것이 큰 덩어리인데 킬로미크론(CM)이라고 한다, 이 속에는 TG와 CE만 들어 있다. CE는 ‘에스테르화된 콜레스테롤’로 콜레스테롤에 지방산이 붙은 것이다. 70%는 CE, 30%가 TG(중성지방)이다. CM막에는 PL(Phospho lipid)에 콜레스테롤이 박혀 있는데, FC(free cholesterol)라고 한다.
CM은 주변조직으로 간다. 주변 조직의 세포막 관문에 강도가 있는데, 효소인 LPL(Lipo protein lipase)이다. 지단백질의 지방산만 떼 낸다. 중성지방(TG)의 지방산 다리 하나씩 잘라낸다. 지방산 다리 하나를 FA(fat acid)라고 한다. 지방산 다리 3개를 포크(글리세롤)로 찍어 놓은 것을 TG(중성지방)이라고 한다. CM 화물선이 가다가 해적이 화물을 빼앗아서 다시 결합해서 중성지방으로 쌓아 놓는다. 그래서 지방세포가 커지고 지방세포에는 면역세포가 많다. 그래서 비만은 ‘비감염성전신염증’이 된다.
화물을 빼앗기면 CM 크기가 줄어들어 CMr이 된다. CMr을 받아들이는 조직이 간이다. 간에는 LDLR과 LRP가 CMr을 통째로 받아들인다. 간세포 속에 들어오면 분해가 되는데, 막에는 PL이 있고, 코어에는 진짜 화물이 있는데, 90%가 TG와 CE이다. 이들이 빠져나오면 CE는 C(콜레스테롤)로 바뀐다. 간에는 3천억개 세포가 있다. 간세포에도 acrtyl-CoA에서 콜레스테롤을 만든다. 콜레스테롤이 모두 모여서 담즙산을 만들고 다시 소장으로 회수가 된다. 소장과 간 사이에 담즙산 회로가 만들어져 있다. 간세포가 만드는 것이 Apo100단백질이다. 간에서 Apo100과 CE, PL, TG가 결합해서 방출하는 물질이 VLDL이다.
VLDL의 코어에도 CE와 TG가 있는데, 지방조직에서 TG의 지방산을 빼앗아간다. 화물을 빼앗겨서 부피가 줄어든 배 이름을 LDL이라고 한다. LDL 속에 CE가 있다. CE를 주변조직으로 주기에 ‘나쁜콜레스테롤’이라고 한다. 주변조직의 ABCA1채널에서 CE가 나오고, 혈 중에 떠돌아다니는 Apo-A1단백질이 있는데, 243개 아미노산으로 되어 있고, 간에서 70%, 소장에서 305가 만들어진다. Apo-A1과 CE가 결합하는데, 콜레스테롤과 인지질이 콩나물처럼 위, 아래에 박혀 있고 그 사이를 감싸주는 것이 Apo-A1이다. 이를 pre-β HDL이라고 하고 특별히 부르는 이름이 discoidal(원판모양)로 원기둥의 일부이다. 혈중에서 일어나는 일로 서로 뺏고 뺏기는 전쟁터이다.
discoidal 디스크가 다시 구형으로 바뀌는 과정을 이해해야 한다. 콜레스테롤에 지방산을 붙여주는 효소가 박혀 있는데, 효소 이름이 LCAT이다. 콜레스테롤에 지방산을 붙이는 과정을 에스테르화라고 한다. 겨울에 아랫목에 모이면 발을 한 곳으로 모이게 되는 과정이다. 콜레스테롤 분자에 지방산이 붙어 있으면 꼬리는 물을 싫어해서 꼬리를 한쪽으로 모은다. 그러면 바깥에서 보면 공이 되어 간다. 따라서 디스크 모양의 HDL이 에스테르화 되는 과정에서 구형으로 바뀌는 것을 HDL3라고 한다.
HDLL3가 해적질로 몸집이 커지면 HDL2라고 한다. 그러면 간에서 화물을 회수한다. 간세포막의 HL과 SR-B1 리셉터에서 화물이 빠져 나오는데, HL에서 빠져 나오는 것이 FA이고, SR-B1에서 빠져 나오는 것이 CE이다. HDL은 조직에서 간으로 콜레스테롤을 보내서 ‘좋은콜레스테롤’이라고 하는 이유이다.
다음은 VLDL이 LDL을 거쳐 LDL이 되는데, 이 계열에는 Apo100이 박혀 있다. 꼬리표이다. LDL과 HDL간 전쟁이 일어나는데, HDL에서 LDL로 보내는 것이 CE이고, LDL에서 HDL로 보내는 것이 TG이다. 계속 왔다갔다한다. 배끼리 해적질 한다. 이것을 가능하게 하는 효소가 CETP이다.
CM, VLDL IDL, LDL, HDL로 구분하는데, CM에는 ApoAI, Apo48, ApoE, ApoCII가, VLDL에는 Apo100, ApoCII가, IDL에는 Apo100, ApoE,가, LDL에는 Apo100이, HDL에는 ApoAI, ApoE, ApoCII가 박혀있다. ApoA1 243개의 아미노산으로 되어 있고, 하는 역할은 LCAT를 activation한다. ApoC1 57개의 아미노산으로 되어 있고 CETP를 modulation한다. ApoC2는 79개 아미노산으로 되어 있고, LPL을 activation한다. CETP는 476개 아미노산, LCAT은 416개 아미노산으로 되어 있다.
ApoE는 299개 아미노산으로 되어 있는데, 아미노산 112번과 168번이 ApoE2는 Cys, Cys이고, ApoE3는 Cys, Arg, ApoE4는 Arg, Arg으로 되어 있는데, 인구의 10%가 E2, 70%가 E3, 20%가 E4이다. 유전자 변이이다. 특히 E4형질을 타고 난 사람이 치매걸릴 확률이 2.7배 높다. 지방을 왔다갔다 해주는 단백질의 표지인데, 어떻게 치매걸릴 확률이 달라지는가? 뉴로사이언스 다시 해야 한다. 다음 주에는 세포의 막이 무엇인지 봐야 한다. 왜 우리가 콜레스테롤 배워야 하나? 식물은 콜레스테롤 못 만들기에 식물은 겨울에 생명활동 중지한다. 박테리아도 콜레스테롤 못 만들어 20억년동안 몸 크기를 고정해야 한다. 생명권 전체에 콜레스테롤은 기적같은 물질이다. 추우면 세포 속 70%가 물이라 얼음이 되는데, 세포 속이 유동성을 갖기 위한 중요한 물질이다. 우리 세포막의 유동성이 가장 높은 곳이 신경세포이다. 그래서 콜레스테롤이 가장 믾은 곳이 신경세포이다. 이거 모르면 뉴로사이언스 할 수 없다.
스타틴 계열 약이 반도체 산업보다 크다. 1조억 달러 팔렸다. 우리나라 고혈압 환자가 1200만명이다. 콜레스테롤이 왜 핵심이냐면 죽상동맥경화와 연결되어 터지면 죽는다. 단순히 인간의 생명이 왔다갔다 하는 문제만 아니라, 20억년 진화에서 세포막이 영하로 떨어져도 유동성을 유지하는 것이 콜레스테롤 농도로 조절한다는 것이다. 인지질은 다리 2개이다. 옆에 뚱뚱한 사람이 들어와 공간을 확보해주면 인지질이 춤을 출 수 있다. 그것이 유동성이다. 그것을 넘어 콜레스테롤은 우리 간에서 90% 만들고, 부신피질, 생식기관에서 만든다. 테스토스테론 등 스테로이드 물질의 할아버지가 콜레스테롤이다. 스테로이드는 만들어지지만 분해가 안된다. 그래서 도핑 테스트로 검출한다. 중요한 물질인데, 많으면 동맥경화, 부족하면 생명활동 중지이다. 만들어지기는 하는데 분해가 안된다는 결정적 지식을 통해 항상 균형을 맞추어야 한다. 많으면 동맥 터지고, 적으면 기억이 날아간다. 항상 수급을 맞추어 주어 필요한 만큼만 보내주어야 한다. 콜레스테롤 싣고 들어오는 배가 LDL이다. 그런데 세포에 콜레스테롤이 많으면 LDL이 싣고 온 화물을 받지 않으니 혈액이라는 공해상에 떠돌아 다니다가 혈관 내피세포의 사이공간으로 들어가 산화가 되면 Macrophagy가 잡아 먹고 배가 불러 터지면 거품세포가 된다. 거품세포는 콜레스테롤이 산화되기 전에 많이 가지고 있다가, 거품세포의 콜레스테롤을 적혈구가 간으로 옮겨 준다. 간에서는 콜레스테롤로 담즙산을 만든다. 적혈구와 연결되면 전신의 문제이다. 거품세포에서 나온 lipid 코어가 생기면, Macrophagy를 부르는 악순환에 빠지고, 그러면 모세혈관이 들어와서 혈관 속에 생긴 혈관이 파열되면 혈소판이 엉겨붙어서 죽상동맥경화가 된다. 이제 세포가 뭐고, 인체가 뭔지 이야기 할 수 있다.
정성스런 정리 감사합니다