지질(脂質, lipid)은 생물학 및 생화학에서 비극성 용매에 용해되는 생체분자들을 총칭한다. 지질은 물에는 잘 녹지 않지만 에테르, 벤젠, 클로로포름, 아세톤 등의 유기 용매에는 잘 녹는 소수성(hydrophobic) 또는 양친매성(amphipathic) 성질을 가진다. 지질은 단일한 화학적 작용기로 정의되지 않고, 물리적 용해도 특성에 의해 정의되는 매우 다양한 화합물 군이다.
어원
"지질(lipid)"이라는 용어는 그리스어 "lipos"(지방)에서 유래하였으며, 1923년 가브리엘 베르트랑(Gabriel Bertrand)이 처음으로 사용하였다. 한국어 "지질(脂質)"은 한자어로 "기름 지(脂)"와 "바탕 질(質)"의 결합이다.
분류
지질은 크게 다음과 같이 분류된다.
단순 지질
- 중성 지방(트라이아실글리세롤, triacylglycerol): 글리세롤 1분자에 지방산 3분자가 에스터 결합한 형태. 동물과 식물에서 에너지 저장의 주요 형태이며, 고체 상태의 지방(fat)과 액체 상태의 기름(oil)으로 구분된다.
- 왁스(wax): 고급 지방산과 고급 알코올의 에스터. 밀랍, 경납 등이 있으며 보호 및 방수 기능을 한다.
복합 지질
- 글리세로인지질(glycerophospholipid): 글리세롤 골격에 지방산 2분자와 인산기 및 극성 알코올이 결합한 구조. 세포막의 인지질 이중층 주요 구성 성분이다. 포스파티딜콜린(레시틴), 포스파티딜에탄올아민(세팔린), 포스파티딜세린, 포스파티딜이노시톨 등이 포함된다.
- 스핑고지질(sphingolipid): 스핑고신(sphingosine)을 기본 골격으로 하는 지질. 세라마이드, 스핑고미엘린, 세레브로사이드, 강글리오사이드 등이 포함된다.
- 당지질(glycolipid): 지질에 당이 결합된 형태.
유도 지질
- 스테롤(sterol) 및 스테로이드(steroid): 4개의 고리 구조를 가진 지용성 탄화수소. 콜레스테롤, 에르고스테롤, 담즙산, 스테로이드 호르몬(에스트로젠, 테스토스테론, 코티솔) 등이 포함된다.
- 지방산(fatty acid): 탄화수소 사슬 말단에 카복실기를 가진 구조. 포화지방산과 불포화지방산으로 나뉜다.
- 터펜(terpene) 및 아이소프레노이드(isoprenoid): 아이소프렌 단위로 구성된 지질. 카로티노이드, 지용성 비타민(A, D, E, K), 유비퀴논 등이 포함된다.
- 에이코사노이드(eicosanoid): 아라키돈산(C20)으로부터 유도되는 생리활성 물질. 프로스타글란딘, 트롬복산, 류코트라이엔 등이 포함된다.
- 폴리케타이드(polyketide): 아세틸 및 프로피오닐 서브유닛의 중합으로 합성되는 2차 대사산물. 에리트로마이신, 테트라사이클린 등의 항생제가 이에 속한다.
LIPID MAPS 분류
현대적 분류 체계인 LIPID MAPS에 따르면 지질은 케토아실 또는 아이소프렌으로부터 유래한 8가지 부류로 구분된다: 지방산, 글리세로지질, 글리세로인지질, 스핑고지질, 사카로지질, 폴리케타이드, 스테롤 지질, 프레놀 지질.
생물학적 기능
세포막 구성
글리세로인지질은 세포의 원형질막 및 세포소기관 막의 주요 구조적 구성 성분이다. 인지질은 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분을 가진 양친매성 분자로, 수용성 환경에서 자발적으로 지질 이중층(lipid bilayer)을 형성한다. 콜레스테롤은 막의 유동성을 조절하는 중요한 역할을 한다.
에너지 저장
트라이글리세라이드는 동물과 식물에서 에너지 저장의 주요 형태이다. 지방산은 탄수화물이나 단백질(4 kcal/g)의 약 2배 이상인 9 kcal/g의 에너지를 공급한다. 지방 조직(adipose tissue)에 저장되며, 체온 유지와 물리적 충격 보호 기능도 수행한다.
세포 신호전달
지질은 세포 신호전달에서 중요한 역할을 한다. 스핑고신 1-인산, 다이아실글리세롤, 포스파티딜이노시톨 인산(PIP), 프로스타글란딘, 스테로이드 호르몬 등이 신호전달 분자 및 2차 전달자로 기능한다. 포스파티딜세린은 세포자살(apoptosis) 신호 전달에 관여한다.
기타 기능
지용성 비타민(A, D, E, K)의 흡수와 저장, 호르몬의 재료, 신경 조직의 구성, 면역 반응 조절 등 다양한 생물학적 기능을 수행한다.
물질대사
생합성
지방산은 아세틸-CoA로부터 지방산 생성효소(fatty acid synthase)에 의해 합성된다. 트라이글리세라이드는 소포체에서 지방산 아실-CoA가 글리세롤 3-인산에 전달되는 과정을 통해 합성된다. 스테롤은 메발론산 경로를 통해 합성된다.
분해
지방산은 미토콘드리아나 퍼옥시좀에서 β-산화(beta-oxidation) 과정을 통해 분해되어 아세틸-CoA를 생성하며, 이는 시트르산 회로와 산화적 인산화를 통해 ATP를 생산한다.
영양과 건강
리놀레산(오메가-6)과 α-리놀렌산(오메가-3)은 체내에서 합성할 수 없는 필수 지방산으로 음식물을 통해 섭취해야 한다. 트랜스 지방의 과다 섭취는 심혈관계 질환의 위험 인자로 알려져 있다. 지질은 식품에서 질감, 맛, 향을 부여하며, 지용성 비타민의 흡수를 촉진한다.
