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脂質代謝は細胞内での脂質の合成と分解であり、エネルギー源としての脂肪の分解と貯蔵、および細胞膜の構築に関与する脂質や機能脂質の合成が含まれます。動物では、これらの脂肪は食物から摂取され、肝臓で合成されます。 [ 1]脂肪生成は、これらの脂肪を合成するプロセスです。[2] [3]食物を摂取することで人体に存在する脂質の大部分は、トリグリセリドとコレステロールです。[4]体内に存在するその他の種類の脂質は、脂肪酸と膜脂質です。脂質代謝は、食事中の脂肪の消化と吸収のプロセスであると考えられることが多いですが、生物がエネルギーを得るために使用できる脂肪源は、摂取した食事中の脂肪と貯蔵脂肪の2つです。[5] 脊椎動物（人間を含む）は、心臓などの臓器が機能するためのエネルギーを生成するために、両方の脂肪源を使用します。[6]脂質は疎水性分子であるため、代謝を開始する前に可溶化する必要があります。脂質代謝は多くの場合、加水分解から始まり、[7]消化器系のさまざまな酵素の助けを借りて起こります。[2]脂質代謝は植物でも起こりますが、動物と比較するとプロセスがいくつかの点で異なります。[8]加水分解後の2番目のステップは、脂肪酸が腸壁の上皮細胞に吸収されることです。[6]上皮細胞では、脂肪酸がパッケージ化され、体の他の部分に輸送されます。[9]
代謝プロセスには、脂質の消化、脂質の吸収、脂質の輸送、脂質の貯蔵、脂質の異化、脂質の生合成が含まれます。脂質の異化は、ミトコンドリアとペルオキシソーム細胞小器官で起こるベータ酸化と呼ばれるプロセスによって行われます。
脂質の消化
消化は脂質代謝の最初のステップであり、リパーゼ酵素の助けを借りてトリグリセリドをより小さなモノグリセリド単位に分解するプロセスです。脂肪の消化は、舌リパーゼによる化学的消化によって口の中で始まります。摂取したコレステロールはリパーゼによって分解されず、小腸の上皮細胞に入るまでそのまま残ります。脂質はその後胃に送られ、そこで胃リパーゼによる化学的消化が続き、機械的消化（蠕動）が始まります。しかし、脂質の消化と吸収の大部分は、脂肪が小腸に到達した後に起こります。膵臓からの化学物質（膵リパーゼファミリーと胆汁酸塩依存性リパーゼ）が小腸に分泌され、 [10]さらなる機械的消化とともにトリグリセリドの分解を助け、小腸の上皮細胞に吸収できる個々の脂肪酸単位になります。[11]トリグリセリドを遊離脂肪酸とグリセロール単位に 加水分解するシグナル伝達を担うのは膵臓リパーゼです。
脂質吸収
脂質代謝の2番目のステップは脂肪の吸収です。短鎖脂肪酸は胃で吸収されますが、脂肪の吸収のほとんどは小腸でのみ起こります。トリグリセリドがコレステロールとともに個々の脂肪酸とグリセロールに分解されると、ミセルと呼ばれる構造に凝集します。脂肪酸とモノグリセリドはミセルを離れ、膜を越えて拡散し、腸上皮細胞に入ります。上皮細胞の細胞質では、脂肪酸とモノグリセリドはトリグリセリドに再結合します。上皮細胞の細胞質では、トリグリセリドとコレステロールはカイロミクロンと呼ばれるより大きな粒子にパッケージ化され、消化された脂質を輸送する両親媒性構造です。[9]カイロミクロンは血流を通って体内の脂肪組織やその他の組織 に入ります。 [6] [2] [3]
脂質輸送
膜脂質、トリグリセリド、コレステロールは疎水性であるため、リポタンパク質と呼ばれる特別な輸送タンパク質を必要とします。[1]リポタンパク質の両親媒性構造により、トリグリセリドとコレステロールは血液を介して輸送されます。カイロミクロンとは、消化された脂質を小腸から体の他の部分に運ぶリポタンパク質の1つのサブグループです。リポタンパク質の種類によって密度が異なるのは、輸送する脂肪の種類によって異なります。[12]たとえば、超低密度リポタンパク質 ( VLDL ) は体内で合成されたトリグリセリドを運び、低密度リポタンパク質(LDL) はコレステロールを末梢組織に輸送します。[6] [1]これらのリポタンパク質の多くは肝臓で合成されますが、すべてがこの臓器に由来するわけではありません。[1]
脂質貯蔵
脂質は白色脂肪組織にトリグリセリドとして蓄えられる。痩せた若い成人の場合、蓄えられたトリグリセリドの質量は約10～20キログラムである。トリグリセリドは、3つの脂肪酸を含むグリセロールの骨格から形成される。遊離脂肪酸は活性化されてアシルCoAとなり、エステル化されて最終的にトリグリセリド液滴に達する。リポタンパク質リパーゼが重要な役割を果たしている。[13]
脂質異化
カイロミクロン（または他のリポタンパク質）が組織を通過すると、これらの粒子は毛細血管の内皮細胞の内腔表面にあるリポタンパク質リパーゼによって分解され、トリグリセリドが放出されます。[14]トリグリセリドは細胞に入る前に脂肪酸とグリセロールに分解され、残ったコレステロールは再び血液を介して肝臓に移動します。[15]
![[15] ベータ酸化による脂肪酸の分解](https://img-server.japedia.wiki/wikipedia/commons/thumb/c/cb/Beta_oxidation_of_palmitic_acid.jpg/500px-Beta_oxidation_of_palmitic_acid.jpg)
細胞の細胞質（例えば筋肉細胞）では、グリセロールは解糖系の中間体であるグリセルアルデヒド3-リン酸に変換され、さらに酸化されてエネルギーを生成します。しかし、脂肪酸の異化の主な段階はミトコンドリアで起こります。[16]長鎖脂肪酸（炭素数が14以上）は、ミトコンドリア膜を通過するために脂肪酸アシルCoAに変換される必要があります。[6]脂肪酸の異化は、アシルCoA合成酵素がATPの切断によるエネルギーを使用して脂肪酸への補酵素Aの付加を触媒するため、細胞の細胞質で始まります。 [6]結果として生じたアシルCoAはミトコンドリア膜を通過し、ベータ酸化のプロセスに入ります。 β酸化経路の主な生成物は、アセチルCoA （クエン酸回路でエネルギーを生成するために使用される）、NADH、およびFADHです。 [16] β酸化のプロセスには、アシルCoA脱水素酵素、エノイルCoAヒドラターゼ、3-ヒドロキシアシルCoA脱水素酵素、および3-ケトアシルCoAチオラーゼという酵素が必要です。[15]左の図は、脂肪酸がアセチルCoAに変換される様子を示しています。パルミトイルCoA（16：0）をモデル基質として 使用した全体的な正味反応は次のとおりです。
- 7 FAD + 7 NAD + + 7 CoASH + 7 H 2 O + H(CH 2 CH 2 ) 7 CH 2 CO-SCoA → 8 CH 3 CO-SCoA + 7 FADH 2 + 7 NADH + 7 H +
脂質生合成
食事中の脂肪に加えて、脂肪組織に蓄えられた貯蔵脂質は、生体の主要なエネルギー源の一つです。[17] トリアシルグリセロール、脂質膜、コレステロールは、さまざまな経路を通じて生体によって合成されます。
膜脂質生合成
膜脂質には、グリセロリン脂質とスフィンゴ脂質の2つの主要なクラスがあります。私たちの体内ではさまざまな膜脂質が合成されていますが、その経路は同じパターンを共有しています。最初のステップはバックボーン（スフィンゴシンまたはグリセロール）の合成であり、2番目のステップはバックボーンに脂肪酸を追加してホスファチジン酸を作ることです。ホスファチジン酸は、バックボーンにさまざまな親水性ヘッドグループを付加することでさらに修飾されます。膜脂質の生合成は、小胞体膜で行われます。[18]
トリグリセリド生合成
ホスファチジン酸はトリグリセリド生合成の前駆体でもある。ホスファチジン酸ホスホターゼはホスファチジン酸をジアシルグリセリドに変換する反応を触媒し、ジアシルグリセリドはアシルトランスフェラーゼによってトリグリセリドに変換される。トリグリセリドの生合成は細胞質で起こる。[19]
脂肪酸の生合成
脂肪酸の前駆体はアセチルCoAであり、細胞の細胞質に存在します。 [19]パルミチン酸（16:0）をモデル基質として 使用した全体的な反応は次のようになります。
8 アセチル CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H+ → パルミチン酸 + 14 NADP+ + 6H2O + 7ADP + 7P¡
コレステロールの生合成
コレステロールは、イソプレノイド経路と呼ばれる多段階の経路を経てアセチルCoAから生成されます。コレステロールは、体内でプロゲステロンなどのさまざまなホルモンを形成するために変更できるため、不可欠です。[6]コレステロールの生合成の70％は、肝細胞の細胞質で起こります。[引用が必要]
脂質代謝のホルモン調節
脂質代謝はホルモンによって厳密に制御されており、エネルギーの貯蔵と利用のバランスが保たれます。
- インスリン：脂質合成を促進し、脂質分解を阻害し、グルコースの輸送と脂肪酸への変換を促進する。[20]
- グルカゴン：脂肪酸の酸化を刺激し、脂肪酸の新規合成を阻害し、VLDLの放出と脂肪肝を減少させる。[21]
- 甲状腺ホルモン：肝臓でのトリグリセリド合成を促進し、脂肪分解を促進し、ミトコンドリアの脂肪酸β酸化を刺激し、LDL受容体の発現や胆汁酸排泄などのさまざまなメカニズムを通じてコレステロール値を調節します。[21]
- 性ホルモン:
- アドレナリン：AMPKリン酸化を介して脂肪分解を刺激し、脂肪生成を阻害し、脂肪組織における脂質の代謝と蓄積に影響を与える。[21]
脂質代謝障害
脂質代謝障害（先天性脂質代謝異常症を含む）は、脂肪（または脂肪様物質）の分解または合成に問題が生じる病気です。[22]脂質代謝障害は、 LDLコレステロール、VLDL、トリグリセリドなど、血液中の血漿脂質濃度の上昇を伴い、最も一般的には心血管疾患につながります。[23]これらの障害は遺伝性であることが多く、つまり遺伝子を通じて親から子に受け継がれる病気です。[22]ゴーシェ病（I型、II型、III型）、ニーマン・ピック病、テイ・サックス病、ファブリー病はすべて、患者の体内の脂質代謝に障害が生じる可能性がある病気です。[24]脂質代謝障害に関連するより稀な疾患としては、シトステロール血症、ウォルマン病、レフサム病、脳腱黄色腫症などがある。[24]
脂質の種類
脂質代謝に関与する脂質の種類は次のとおりです。
- 膜脂質:
- その他の脂質の種類:
- コレステロール：コレステロールは、プロゲステロンやテストステロンなど、体内のさまざまなホルモンの主な前駆物質です。コレステロールの主な機能は、細胞膜の流動性を制御することです。[26]
- ステロイド（ステロイド生成も参照）：ステロイドは重要な細胞シグナル伝達分子の一つです。[26]
- トリアシルグリセロール（脂肪） -脂肪分解と脂肪生成も参照：トリアシルグリセロールは人体におけるエネルギー貯蔵の主要な形態です。[1]
- 脂肪酸–脂肪酸代謝も参照: 脂肪酸は脂質膜とコレステロールの生合成に使用される前駆物質の 1 つです。また、エネルギー源としても使用されます。
- 胆汁酸塩：胆汁酸塩は肝臓から分泌され、小腸での脂質の消化を促進します。[27]
- エイコサノイド：エイコサノイドは体内の脂肪酸から作られ、細胞シグナル伝達に使用されます。[28]
- ケトン体：ケトン体は肝臓で脂肪酸から作られます。その機能は、飢餓状態や食物摂取量が少ないときにエネルギーを生成することです。[6]
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