脂肪酸

• 短鎖脂肪酸（SCFA）は、炭素数が5個以下の脂肪族鎖を持つ脂肪酸です（例：酪酸）。^{[ 7 ]}
• 中鎖脂肪酸（MCFA）は、6～12個の炭素原子からなる脂肪族鎖を持つ脂肪酸であり、中鎖トリグリセリドを形成することができる^{[ 8 ]}。
• 長鎖脂肪酸（LCFA）は、13～21個の炭素原子からなる脂肪族鎖を持つ脂肪酸である。^{[ 9 ]}
• 超長鎖脂肪酸（VLCFA）とは、22個以上の炭素原子からなる脂肪族鎖を持つ脂肪酸のことである。

飽和脂肪酸にはC=C二重結合がありません。その式はCH₃(CH₂)nCOOHで_、 n_は正_の整数です。重要な飽和脂肪酸はステアリン酸（n  = 16）で、水酸化ナトリウム で中和すると最も一般的な石鹸になります。

不飽和脂肪酸は、1つ以上のC=C二重結合を持つ。C=C二重結合は、シス異性体とトランス異性体のいずれかを生じる。

シス

シス配置とは、二重結合に隣接する2つの水素原子が鎖の同じ側に突き出ている状態を指します。二重結合の剛性によってその立体配座が固定され、シス異性体の場合、鎖が曲がり、脂肪酸の立体配座の自由度が制限されます。シス配置の二重結合が多いほど、鎖の柔軟性は低下します。シス結合が多い鎖は、最も容易に形成できる立体配座においてかなり湾曲します。例えば、二重結合を1つ持つオレイン酸には「折れ曲がり」がありますが、二重結合を2つ持つリノール酸にはより顕著な曲がりがあります。二重結合を3つ持つα-リノレン酸は、鉤状の形状を好みます。この結果、脂肪酸が脂質二重層のリン脂質の一部であったり、脂質滴中のトリグリセリドであったりするような制限された環境では、シス結合によって脂肪酸が密に詰まる能力が制限され、その結果、膜や脂肪の融点に影響を与える可能性がある。しかし、シス不飽和脂肪酸は細胞膜の流動性を高めるが、トランス不飽和脂肪酸はそうではない。

翻訳

一方、トランス配置とは、隣接する2つの水素原子が鎖の反対側に位置することを意味する。そのため、鎖の曲がりは少なく、形状は直鎖状の飽和脂肪酸に似ている。

天然に存在する不飽和脂肪酸のほとんどでは、二重結合の後ろには3個（n-3）、6個（n-6）、または9個（n-9 ）の炭素原子が続き、すべての二重結合はシス配置です。トランス配置の脂肪酸（トランス脂肪）のほとんどは自然界には存在せず、人間の加工（例えば、水素添加）によって生成されます。一部のトランス脂肪酸は、反芻動物（牛や羊など）の乳や肉にも天然に存在します。これらは、これらの動物のルーメン内で発酵によって生成されます。また、反芻動物の乳から作られる乳製品にも含まれており、食事から摂取した女性の母乳にも含まれる場合があります。

様々な種類の不飽和脂肪酸間、および飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸間の幾何学的差異は、生物学的プロセスや、細胞膜などの生物学的構造の構築において重要な役割を果たしている。

天然に存在する脂肪酸のほとんどは偶数鎖脂肪酸であり、例えばステアリン酸（C18）やオレイン酸（C18）など、偶数個の炭素原子から構成されています。奇数鎖脂肪酸（OCFA）も存在しますが、その頻度ははるかに低いです。最も一般的なOCFAは、飽和C15およびC17誘導体であるペンタデカン酸とヘプタデカン酸で、これらは乳製品に含まれています。^{[ 11 ] [ 12 ]}分子レベルでは、OCFAは偶数鎖脂肪酸とはわずかに異なる方法で生合成され、代謝されます。

最も一般的な脂肪酸は直鎖状化合物であり、主鎖である炭化水素鎖に側鎖として結合した炭素原子は存在しない。分岐鎖脂肪酸は、炭化水素鎖に1つ以上のメチル基が結合している。

天然に存在する脂肪酸のほとんどは、分岐のない炭素原子鎖を持ち、一方の端にカルボキシル基（-COOH）、もう一方の端にメチル基（-CH3）が付いている。

脂肪酸の主鎖における各炭素原子の位置は、通常、−COOH末端から1を数えて示されます。炭素番号xは、しばしばC- x（またはC x）と略記され、x = 1、2、3などとなります。これは、IUPACが推奨する番号付け方式です。

別の表記法では、カルボキシル基の次の炭素から順にギリシャ文字を使用する。したがって、α（アルファ）炭素はC-2、β（ベータ）炭素はC-3、といった具合である。

脂肪酸は様々な長さを持つが、この2番目の表記法では、鎖の最後の炭素は常にω（オメガ）と表記される。ωはギリシャ語アルファベットの最後の文字である。3番目の表記法では、その末端から炭素を数え、「ω」、「ω−1」、「ω−2」というラベルを使用する。あるいは、「ω− x 」というラベルは「n− x 」と表記され、「n」は鎖の炭素数を表す。^{[ d ]}

どちらの番号付け方式でも、脂肪酸鎖中の二重結合の位置は、カルボキシル末端に最も近い炭素のラベルを付けることで常に指定されます。^{[ d ]}したがって、18個の炭素からなる脂肪酸では、C-12（またはω-6）とC-13（またはω-5）の間の二重結合は、C-12またはω-6の位置にあると言われます。「オクタデカ-12-エン酸」（または発音しやすい変形「12-オクタデカン酸」）などの酸のIUPAC命名は常に「C」番号付けに基づいています。

^{Δ x , y ,...}という表記は、x、y 、...の位置に二重結合を持つ脂肪酸を指定するために伝統的に使用されています。 （ギリシャ文字の大文字「Δ」（デルタ）は、ローマ字の「D」に相当し、 Dは二重結合を表します。）したがって、例えば、20 個の炭素原子を持つアラキドン酸は Δ ^5,8,11,14であり、これは炭素 5 と 6、8 と 9、11 と 12、および 14 と 15 の間に二重結合があることを意味します。

ヒトの食事と脂肪代謝の文脈では、不飽和脂肪酸は、必須脂肪酸のように二重結合が複数ある場合でも、ω炭素（のみ）に最も近い二重結合の位置によって分類されることが多い。したがって、リノール酸（炭素数18、Δ9,12 ^）、γ-リノレン酸（炭素数18、Δ6,9,12 ^）、アラキドン酸（炭素数20、Δ5,8,11,14 ^）はすべて「ω-6」脂肪酸に分類される。つまり、その化学式は–CH=CH– CHで終わる。₂ –CH₂ –CH₂ –CH₂ –CH₃ .

炭素原子の数が奇数の脂肪酸は奇数鎖脂肪酸と呼ばれ、それ以外の脂肪酸は偶数鎖脂肪酸と呼ばれる。この違いは糖新生において重要な意味を持つ。

以下の表は、脂肪酸の命名法として最も一般的なものを示しています。

血漿中を循環している脂肪酸（血漿脂肪酸）は、エステル結合していない状態では、非エステル化脂肪酸（NEFA）または遊離脂肪酸（FFA）として知られています。FFAは常にアルブミンなどの輸送タンパク質に結合しています。^{[ 15 ]}

FFAは、トリグリセリド食用油や脂肪の加水分解によっても生成され、特有の酸敗臭の原因となる。^{[ 16 ]}バイオディーゼルでも同様のプロセスが起こり、部品の腐食のリスクがある。

脂肪酸は通常、トリグリセリドの加水分解によって工業的に生産され、グリセロールが除去されます（オレオケミカルを参照）。リン脂質も別の供給源です。一部の脂肪酸は、アルケンのヒドロカルボキシル化によって合成的に生産されます。^{[ 17 ]}

動物では、脂肪酸は主に肝臓、脂肪組織、授乳期の乳腺で炭水化物から生成される。^{[ 18 ]}

炭水化物は、脂肪酸への変換の最初の重要なステップとして、解糖によってピルビン酸に変換されます。 ^{[ 18 ]}ピルビン酸は、ミトコンドリア内で脱炭酸されてアセチルCoAになります。しかし、このアセチルCoAは、脂肪酸の合成が行われる細胞質に輸送される必要があります。これは直接は起こりません。細胞質のアセチルCoAを得るために、クエン酸（アセチルCoAとオキサロ酢酸の縮合によって生成される）がクエン酸回路から取り出され、ミトコンドリア内膜を通過して細胞質に運ばれます。^{[ 18 ]}そこで、ATPクエン酸リアーゼによってアセチルCoAとオキサロ酢酸に分解されます。オキサロ酢酸は、リンゴ酸としてミトコンドリアに戻されます。^{[ 19 ]}細胞質の acetyl-CoA は、アセチル-CoA カルボキシラーゼによってマロニル-CoAにカルボキシル化され、これが脂肪酸合成の最初の律速段階となる。^{[ 19 ] [ 20 ]}

マロニルCoAは、成長中の脂肪酸鎖を一度に2炭素ずつ長くする一連の反応に関与します。そのため、ほとんどすべての天然脂肪酸は偶数個の炭素原子を持っています。合成が完了すると、遊離脂肪酸はほぼ常にグリセロールと結合し（脂肪酸3分子に対してグリセロール1分子）、動物における脂肪酸、ひいてはエネルギーの主要な貯蔵形態であるトリグリセリドを形成します。しかし、脂肪酸は、細胞のすべての膜（細胞壁、および核、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体などの細胞内のすべてのオルガネラを囲む膜）を構成するリン脂質二重層を形成するリン脂質の重要な構成要素でもあります。^{[ 18 ]}

動物の循環系に見られる「非結合脂肪酸」または「遊離脂肪酸」は、貯蔵トリグリセリドの分解（または脂肪分解）に由来する。 ^{[ 18 ] [ 21 ]}これらの脂肪酸は水に不溶性であるため、血漿アルブミンに結合して輸送される。血液中の「遊離脂肪酸」のレベルは、アルブミン結合部位の利用可能性によって制限される。ミトコンドリアを持つすべての細胞（中枢神経系の細胞を除く）は、血液から遊離脂肪酸を取り込むことができる。脂肪酸は、β酸化に続いてクエン酸回路でさらに燃焼してCO2と水になるという_方法で、ミトコンドリアでのみ分解される。中枢神経系の細胞はミトコンドリアを持っているが、血液脳関門は短鎖脂肪酸と中鎖脂肪酸を除くほとんどの遊離脂肪酸に対して不透過性であるため、血液から遊離脂肪酸を取り込むことはできない。^{[ 22 ] [ 23 ]}これらの細胞は、上記のように、細胞膜や細胞小器官のリン脂質を生成および維持するために、炭水化物から独自の脂肪酸を合成する必要がある。^{[ 18 ]}

すべての脂肪酸はエステル交換反応を起こします。一般的に、エステル交換反応は脂肪を脂肪酸メチルエステルに変換する際に行われます。これらのエステルはバイオディーゼルに使用されます。また、水素化されて脂肪アルコールも得られます。ビニルエステルも酢酸ビニルを用いたエステル交換反応によって製造できます。^{[ 31 ]}

脂肪酸は、それぞれの_pKa値で示されるように、酸性度に大きなばらつきを示しません。例えば、ノナン酸のpKa_値は4.96で、酢酸（4.76）よりわずかに弱いだけです。鎖長が長くなるにつれて、脂肪酸の水への溶解度は低下するため、鎖長の長い脂肪酸は水溶液のpHにほとんど影響を与えません。中性付近のpHでは、脂肪酸は共役塩基、すなわちオレイン酸などの形で存在します。

エタノールに溶解した脂肪酸溶液は、フェノールフタレインを指示薬として水酸化ナトリウム溶液で滴定することができる。この分析は、脂肪中の遊離脂肪酸含有量、すなわち加水分解されたトリグリセリドの割合を決定するために用いられる。

鹸化などの脂肪酸の中和は、金属石鹸を作るための広く行われている方法である。^{[ 32 ]}

不飽和脂肪酸の水素化は広く行われている。典型的な条件は、2.0～3.0 MPaの_H₂圧力、150  ℃、シリカ担持ニッケルを触媒として用いる。この処理により飽和脂肪酸が得られる。水素化の程度はヨウ素価で示される。水素化された脂肪酸は酸化しにくい。飽和脂肪酸は不飽和前駆体よりも融点が高いため、このプロセスは硬化と呼ばれる。関連技術は植物油をマーガリンに変換するのに用いられる。トリグリセリド（脂肪酸と比較して）の水素化は、カルボン酸がニッケル触媒を分解してニッケル石鹸を生成するため有利である。部分水素化の過程で、不飽和脂肪酸はシス配置からトランス配置に異性化される可能性がある。^{[ 17 ]}

水素化反応をより強く行う、つまり水素圧を高くし_、温度を高くすると、脂肪酸は脂肪アルコールに変換されます。しかし、脂肪アルコールは、脂肪酸メチルエステル（FAME）のような単純な脂肪酸エステルからの方が容易に生成できます。

ケトン脱炭酸は、カルボン酸から対称ケトンを生成するのに有用な方法である。このプロセスは、カルボン酸と無機塩基との反応を伴う。ステアロンは、ステアリン酸マグネシウムを加熱することによって調製される。^{[ 33 ]}

飽和脂肪酸の反応性は通常、カルボン酸または隣接するメチレン基に関連している。酸塩化物に変換することにより、対称脂肪ケトンラウロン（O=C(C _n H _(2n+1) ) ₂）に変換することができる。^{[ 34 ]}三酸化硫黄 で処理すると、 α-スルホン酸が得られる。^{[ 35 ]}

不飽和脂肪酸の反応性は、不飽和部位によって大きく左右されることが多い。これらの反応は、オゾン分解、水素化、ヨウ素価の基礎となっている。オゾン分解（オゾンによる分解）は、オレイン酸からアゼライン酸（（CH ₂）₇（CO ₂ H）₂ ）を製造する際に用いられる。^{[ 17 ]}

短鎖脂肪酸と中鎖脂肪酸は、他の吸収された栄養素と同様に、腸の毛細血管を介して直接血液中に吸収され、門脈を通って運ばれます。しかし、長鎖脂肪酸は腸の毛細血管に直接放出されるのではなく、腸絨毛の脂肪壁に吸収され、再びトリグリセリドに再構成されます。このトリグリセリドはコレステロールとタンパク質（タンパク質コート）で覆われ、カイロミクロンと呼ばれる化合物になります。

細胞内から、カイロミクロンは乳糜管と呼ばれるリンパ毛細血管に放出され、それがより大きなリンパ管に合流します。カイロミクロンはリンパ系と胸管を通って心臓付近（動脈と静脈がより太い場所）まで運ばれます。胸管はカイロミクロンを左鎖骨下静脈を通して血流に放出します。この時点で、カイロミクロンはトリグリセリドを組織に運び、そこで貯蔵されたり、エネルギーとして代謝されたりします。

脂肪酸は、細胞内ミトコンドリアによってβ酸化とクエン酸回路を経て_CO₂と水に分解されます。最終段階（酸化的リン酸化）では、酸素との反応によって大量のエネルギーが放出され、それが大量のATPとして蓄えられます。多くの細胞種はこの目的のためにグルコースまたは脂肪酸のどちらかを使用できますが、脂肪酸の方が1グラムあたりのエネルギー放出量が多くなります。脂肪酸（摂取または脂肪組織に蓄えられたトリグリセリドの利用によって供給されます）は、筋肉の収縮や一般的な代謝の燃料として細胞に分配されます。

血液中の脂肪酸は、血液循環の様々な段階で異なる形態をとる。カイロミクロンとして腸管から取り込まれるほか、肝臓で処理された後には超低密度リポタンパク質（VLDL）や低密度リポタンパク質（LDL）としても存在する。さらに、脂肪細胞から放出された脂肪酸は、遊離脂肪酸として血液中に存在する。

哺乳類の皮膚から分泌される脂肪酸の混合物は、乳酸やピルビン酸とともに特徴的であり、嗅覚の鋭い動物が個体を識別することを可能にすると考えられている。^{[ 38 ]}