脂肪酸：構造、種類、機能、生合成 - 生物学 - 2025

脂肪酸は炭素原子と水素を有する疎水性の長鎖から構成されている炭化水素から誘導される有機高分子である（脂溶性である）と脂肪及び脂質の構造的基礎です。

それらは非常に多様な分子であり、それらの炭化水素鎖の長さ、およびそれらの二重結合の存在、数、位置、および/または配置によって互いに区別されます。

飽和脂肪酸の一般的なスキーム（出典：Laghi.l、Wikimedia Commons経由）

動物、植物、菌類、細菌や酵母などの微生物の脂質には、100を超えるクラスの脂肪酸が記載されており、ほとんどの生物に固有の種や組織であると考えられています。

人間が毎日摂取する油脂は、動物由来であれ植物由来であれ、主に脂肪酸で構成されています。

前書き

とりわけ、バターは基本的に脂肪酸で構成されています（情報源：アフリカスタジオ、pixabay.com経由）

脂肪酸分子は細胞レベルで重要な機能を果たし、それらを必須の構成要素にしており、それらのいくつかは動物によって合成できないため、食事からそれらを取得する必要があります。

脂肪酸は細胞質ゾル中の遊離種としては珍しいため、一般的に次のような他の分子複合体の一部として見られます。

-生体膜の脂質。

-トリグリセリドまたは脂肪酸エステル。植物や動物の保護区として機能します。

-長鎖脂肪酸とアルコールの固体エステルであるワックス。

-他の同様の物質。

動物では、脂肪酸はトリアシルグリセロールと呼ばれる複合体で構成された小さな脂肪滴として細胞の細胞質に保存されます。炭素、エステル結合による脂肪酸鎖。

細菌は短い、通常はモノ不飽和脂肪酸を持っていますが、自然界では、飽和、モノ不飽和、または多価不飽和の炭素原子数が通常14から24の偶数の脂肪酸を見つけるのが一般的です。

構造

脂肪酸は両親媒性分子であり、つまり、親水性極性領域と疎水性無極性領域という2つの化学的に定義された領域があります。

疎水性領域は、化学的にはあまり反応しない長い炭化水素鎖で構成されています。一方、親水性領域は、末端カルボキシル基（-COOH）で構成され、酸のように振る舞います。

この末端カルボキシル基またはカルボン酸は、溶液中でイオン化し、反応性が高く（化学的に言えば）、非常に親水性が高いため、脂肪酸と他の分子間の共有結合部位を表します。

脂肪酸の炭化水素鎖の長さは通常炭素原子の数が偶数であり、これはそれらの成長が炭素のペアで発生するため、それらが生成される生合成プロセスに密接に関連しています。

最も一般的な脂肪酸は16〜18炭素原子の鎖を持ち、動物ではこれらの鎖は分岐していません。

分類

脂肪酸は、それらを構成する結合の性質、つまり炭化水素鎖の炭素原子間の単結合または二重結合の存在によって、2つの大きなグループに分類されます。

したがって、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸があります。

-飽和脂肪酸の炭素は1つだけです-炭素結合とそのすべての炭素原子は「飽和」しているか、水素分子に結合しています。

-不飽和脂肪酸には1つ以上の炭素-炭素二重結合があり、これらすべてが水素原子に結合しているわけではありません。

不飽和脂肪酸も、不飽和（二重結合）の数に応じて、二重結合が1つだけのモノ不飽和と、1つ以上のポリ不飽和​​に分類されます。

飽和脂肪酸

それらは通常、単結合で結合された4〜26個の炭素原子を持っています。その融点は、鎖の長さ、つまり分子量に正比例します。

炭素数4〜8の脂肪酸は25°Cで液体であり、食用油を構成する脂肪酸ですが、炭素数が10を超える脂肪酸は固体です。

最も一般的なのはラウリン酸で、パーム核とココナッツオイルに豊富に含まれています。パーム、ココア、ラードに含まれるパルミチン酸、およびココアと硬化油に含まれるステアリン酸。

それらは、少なくとも生理学的条件下で、特に酸化に対して、不飽和脂肪酸よりはるかに安定性の高い脂肪酸です。

炭素-炭素単結合は自由に回転できるため、飽和脂肪酸は非常に柔軟な分子ですが、立体障害により完全に伸長した構造が最もエネルギー的に安定します。

不飽和脂肪酸

これらの脂肪酸は非常に反応性が高く、飽和および酸化されやすい傾向があります。それらは植物や海洋生物で一般的です。二重結合が1つしかないものは一価不飽和または一価不飽和として知られています。

二重結合の存在は、位置9と10の間の炭素原子間で一般的ですが、これは、別の位置に不飽和を持つ一価不飽和脂肪酸が見つからないことを意味しません。

飽和脂肪酸とは異なり、不飽和脂肪酸は、末端のカルボキシル基からではなく、最初のC-C二重結合の位置に従ってリストされるため、オメガ6酸またはω6酸の2つのグループに分類されます。そしてオメガ3またはω3。

オメガ6酸は炭素数6に最初の二重結合を持ち、オメガ3酸は炭素数3にそれを持っています。ωという名前は、最終的なメチル基に最も近い二重結合によって与えられます。

二重結合は、「cis」と「trans」として知られている2つの幾何学的配置で見つけることができます。

ほとんどの天然不飽和脂肪酸は「シス」配置であり、市販の（水素化）脂肪に存在する脂肪酸の二重結合は「トランス」型です。

多価不飽和脂肪酸では、2つの二重結合は通常、少なくとも1つのメチル基、つまり、2つの水素原子に結合している1つの炭素原子によって互いに分離されています。

特徴

脂肪酸は生体内で複数の機能を持ち、前述のように、生体膜の主成分である脂質や生体内で最も豊富な3つの生体分子の1つである脂質には、その必須機能の1つが不可欠です。タンパク質や炭水化物と一緒に生きています。

それらはまた、大量のエネルギーがATPおよび他の中間代謝物の形で得られるおかげで、優れたエネルギー基質でもあります。

たとえば、動物は炭水化物を貯蔵することができないことを考えると、脂肪酸は、過剰に消費された糖の酸化に由来するエネルギー貯蔵の主な源です。

結腸の短鎖飽和脂肪酸は、水とナトリウム、塩化物、および重炭酸イオンの吸収を刺激することに関与します。また、粘液の産生や大腸細胞（大腸細胞）の増殖などにも働きます。

不飽和脂肪酸は食用植物油に特に多く含まれており、すべての人間の食事に重要です。

私たちが毎日消費する油は脂肪酸です（出典：stevepb、pixabay.com経由）

他のものは、酵素活性を持ついくつかのタンパク質のリガンドとして参加します。それが、それらが見つかる細胞のエネルギー代謝への影響に関してそれらが重要である理由です。

生合成

脂肪酸の分解はβ酸化として知られており、真核細胞のミトコンドリアで起こります。逆に、生合成は動物細胞の細胞質ゾルと植物細胞の葉緑体（光合成細胞小器官）で発生します。

それは、アセチル-CoA、マロニル-CoAおよびNADPHに依存するプロセスであり、すべての生物および哺乳類などの「高等」動物で発生します。たとえば、肝臓や脂肪組織だけでなく、乳腺でも非常に重要です。

このルートに使用されるNADPHは、主にペントースリン酸ルートのNADP依存酸化反応の生成物ですが、アセチルCoAは、ピルビン酸の酸化的脱炭酸など、さまざまなソースから発生する可能性があります。クレブス回路と脂肪酸のβ酸化。

β酸化と同様に、生合成経路は、アロステリックエフェクターと調節に関与する酵素の共有結合修飾により、すべての細胞で高度に調節されています。

-マロニル-coA合成

この経路は、アセチルCoA分子からマロニルCoAとして知られる代謝中間体の形成から始まり、アセチルCoAカルボキシラーゼと呼ばれる多機能酵素によって触媒されます。

この反応はビオチン依存性カルボキシル分子（-COOH、カルボキシル化）の付加反応であり、2つのステップで発生します。

1. 最初に、重炭酸塩由来のカルボキシル（HCO3-）のビオチン分子へのATP依存転送は、アセチル-CoAカルボキシラーゼに関連する補綴（非タンパク質）グループとして発生します。
2. その後、CO2はアセチル-coAに転送され、マロニル-coAが生成されます。

-ルートの反応

動物では、脂肪酸の炭水化物鎖の形成は、脂肪酸シンターゼとして知られている多量体および多機能酵素によって触媒される逐次縮合反応によってさらに起こります。

この酵素は、アセチル-CoAユニットと、アセチル-CoAカルボキシラーゼ反応から生成される複数のマロニル-CoA分子の凝縮を触媒します。追加します。

成長する脂肪酸は、アシル基とチオエステルを形成する「アシル担体タンパク質」またはACPと呼ばれるタンパク質にエステル化されます。大腸菌ではこのタンパク質は10 kDaのポリペプチドですが、動物では脂肪酸シンターゼ複合体の一部です。

これらのチオエステル結合が切断されると大量のエネルギーが放出され、これにより、熱力学的に言えば、生合成経路での凝縮ステップの発生が可能になります。

脂肪酸合成酵素複合体

細菌では、脂肪酸シンターゼ活性は実際には、アセチル-coAとマロニル-coAを使用して脂肪酸を形成する6つの独立した酵素に対応し、6つの異なる酵素活性が関連付けられています。

動物由来のホモ二量体および多機能脂肪酸シンターゼ複合体（出典：Wikimedia Commons経由のBoehringer Ingelheim）

それどころか、哺乳動物では、脂肪酸シンターゼは、分子量約500 kDaの多機能ホモ二量体酵素複合体であり、6つの異なる触媒活性を有し、アシル担体タンパク質がそれに関連している。

ステップ1：プライミング反応

代謝中間体のACP酵素への結合に関与するシステイン残基のチオール基は、合成の開始前に、必要なアシル基を負荷する必要があります。

これを行うには、アセチル-coAのアセチル基を、脂肪酸シンターゼのACPサブユニットのシステイン残基の1つのチオール基（-SH）に移します。この反応は、ACP-アシル-トランスフェラーゼサブユニットによって触媒されます。

次に、アセチル基は、ACPから、β-ケトアシル-ACP-シンターゼとして知られる複合体の別の酵素サブユニットの触媒部位にある別のシステイン残基に移動します。したがって、酵素複合体は「準備」されて合成を開始する。

ステップ2：マロニルCoAユニットの転送

アセチル-CoAカルボキシラーゼによって生成されるマロニル-CoAはACPのチオール基に移動し、この反応中にCoA部分が失われます。この反応は、脂肪酸シンターゼ複合体のマロニル-ACP-トランスフェラーゼサブユニットによって触媒され、マロニル-ACPを生成します。

このプロセスの間、マロニル基は、エステルおよび別のスルフヒドリル結合をそれぞれ介して、ACPおよびβ-ケトアシル-ACP-シンターゼに連結されます。

ステップ3：結露

酵素β-ケトアシル-ACP-シンターゼは、「プライミング」ステップでそれに付加されたアセチル基の、前のステップでACPに転送されたマロニル基の2炭素への移動を触媒します。

この反応中に、CO2分子がマロニルから放出されます。これは、アセチル-CoAカルボキシラーゼのカルボキシル化反応で重炭酸塩によって提供されるCO2に対応します。その後、アセトアセチル-ACPが生成されます。

ステップ4：削減

β-ケトアシル-ACP-レダクターゼサブユニットはアセトアセチル-ACPのNADPH依存的還元を触媒し、それによりD-β-ヒドロキシブチリル-ACPを形成します。

ステップ5：脱水

このステップでは、trans-α、β-アシル-ACPまたはΔ2-不飽和アシル-ACP（クラトニル-ACP）が形成されます。これは、エノイルサブユニットの作用によるD-β-ヒドロキシブチリル-ACPの脱水の産物です。 ACP-ヒドラターゼ。

その後、クラトニルACPは、エノイルACPレダクターゼサブユニットによって触媒されるNADPH依存性反応によってブチリルACPに還元されます。この反応は、ほとんどすべての脂肪酸の前駆体であるパルミトイルACPを生成するために必要な7サイクルの最初を完了します。

その後の縮合反応はどのように進行しますか？

ブチリル基はACPからβ-ケトアシル-ACP-シンターゼのシステイン残基のチオール基に移動し、ACPはマロニル-CoAから別のマロニル基を受け入れることができます。

このようにして、発生する反応は、マロニル-ACPとブチリル-β-ケトアシル-ACP-シンターゼとの縮合であり、β-ケトヘキサノイル-ACP + CO2が生成されます。

後続のステップで生成されるパルミトイルACP（マロニルユニットをさらに5つ追加した後）は、チオエステラーゼ酵素の活性により遊離パルミチン酸として放出され、CoAに転送するか、ホスファチジン酸に組み込んでリン脂質およびトリアシルグリセリド合成経路。

パルミチン酸の構造（出典：Andel、Wikimedia Commons経由）

β-ケトアシル-ACP-シンターゼサブユニットの触媒部位はその長さの脂肪酸のみが収容できる構成を持っているため、ほとんどの生物の脂肪酸シンターゼはパルミトイル-ACPの合成で停止します。

奇数の炭素原子を持つ脂肪酸はどのようにして形成されますか？

これらは海洋生物では比較的一般的であり、脂肪酸シンターゼ複合体によっても合成されます。ただし、「プライミング」反応は、3つの炭素原子を持つより長い分子、プロピオニルACPで発生します。

より長い鎖の脂肪酸はどこでどのように形成されますか？

説明したように、パルミチン酸は、多くの長鎖飽和および不飽和脂肪酸の前駆体として機能します。脂肪酸の「伸長」の過程はミトコンドリアで起こりますが、不飽和の導入は本質的に小胞体で起こります。

多くの生物は、脂質の融点を室温以下に保つことができるので、低環境温度への適応として飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸に変換します。

脂肪酸の性質

脂肪酸の特性の多くは、その鎖長と不飽和の存在と数に依存します。

-不飽和脂肪酸は、同じ長さの飽和脂肪酸よりも融点が低い。

-脂肪酸の長さ（炭素原子の数）は、分子の流動性または柔軟性に反比例します。つまり、「短い」分子は流動性が高く、その逆も同様です。

一般に、流動性脂肪物質は、不飽和が存在する短鎖脂肪酸で構成されています。

植物は不飽和脂肪酸が豊富であるだけでなく、非常に低温で生活する動物もいます。これらは、細胞膜に存在する脂質の成分として、これらの条件下で流動性を高めます。

生理的条件下では、脂肪酸の炭化水素鎖に二重結合が存在すると、曲率が約30°になり、これらの分子がより大きな空間を占め、ファンデルワールス相互作用の強度が低下します。

脂質分子に関連する脂肪酸に二重結合が存在すると、それらが属する膜でそれらが持つ「パッケージング」の程度に直接影響を及ぼし、したがって膜タンパク質にも影響を及ぼします。

カルボキシル基が水性媒体に向けて露出した脂肪酸ミセルの形成例（出典：Benutzer：Wikimedia CommonsのAnderl）

脂肪酸は鎖長が長くなると溶解度が低下するため、反比例します。水性と脂質の混合物では、脂肪酸はミセルと呼ばれる構造で会合します。

ミセルは、脂肪酸の脂肪族鎖が「囲まれ」ている構造であり、すべての水分子を「放出」し、その表面にカルボキシル基が見られます。

命名法

脂肪酸の命名法は、特にそれらが受ける一般的な名前を参照する場合、特にそれらが見つかる場所や他の特性とともに、いくつかの物理化学的特性に関連している場合、多少複雑になる可能性があります。

多くの著者は、末端カルボキシル基のおかげでこれらの分子は生理的pHでイオン化されるため、これを「ato」という終端を使用して「カルボキシレート」と呼ぶ必要があると考えています。

IUPACシステムによれば、脂肪酸の炭素原子の列挙は、分子の極性末端のカルボキシル基から行われ、この基に結合している最初の2つの炭素原子は、それぞれαおよびβと呼ばれます。 。鎖の末端メチルは炭素原子ωを含む。

一般に、体系的な命名法では、「親」炭化水素（同じ数の炭素原子を持つ炭化水素）の名前が付けられ、脂肪酸の場合、末尾の「o」は「oico」に置き換えられます。不飽和、末尾の「エノイック」が追加されます。

たとえば、C18（C18）脂肪酸の場合を考えてみます。

・同じ炭素数の炭化水素はオクタデカンとして知られているため、飽和酸は「オクタデカン酸」または「オクタデカン酸」と呼ばれ、その一般名はステアリン酸です。

-構造内の1組の炭素原子間に二重結合がある場合、「オクタデセン酸」として知られています

-2つの二重結合c-cがある場合は「オクタデカジエン酸」と呼ばれ、3つの場合は「オクタデカトリエン酸」と呼ばれます。

命名法を要約する場合、18：0は18炭素脂肪酸に使用され、二重結合（飽和）は使用されません。また、不飽和度に応じて、ゼロの代わりに18：1が不飽和、18：2つの不飽和を持つ1つの場合など。

どの炭素原子が不飽和脂肪酸の二重結合であるかを指定する場合、記号∆は、不飽和の場所と接頭辞 "cis"または "trans"を示す数値の上付き文字とともに使用されます。この構成。

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