지방의 분류

지방은 탄수화물과 같이 탄소(C), 수소(H), 산소(O) 원자로 이루어져 있지만, 구성 원자의 구조로 볼 때 비율이 차이가 납니다. 탄수화물은 수소와 산소의 비율이 2:1이고, 지방은 수소와 산소의 비율이 약 16:1로 현저하게 차이가 납니다. 
 
그리고 이러한 지방의 상대적으로 많은 탄소와 수소가 높은 잠재 에너지 가치를 나타낸다고 볼 수 있습니다. 지방은 일반적으로 물에 잘 녹지 않는 소수성이지만, 메탄올, 아세톤, 벤젠과 같은 용제에는 잘 녹는 합성물입니다. 지방은 구조에 따라 단순지방(simple lipids), 복합지방(compound lipids), 파생지방(derived lipids)의 세 가지 주요한 유형으로 분류됩니다. 

 

지방의 분류

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단순지방(simple lipids)

단순지방은 triglycerides 또는 triacylglycerol이라고 하는 중성지방으로 주로 존재하며, 중성지방은 한 개의 글리세롤에 세 개의 지방산(fatty acid)이 결합된 형태를 취하고 있습니다.
 
중성지방은 지방분해효소(lipase)에 의해 글리세롤과 지방산으로 분리될 수 있는데, 이때 3개의 물분자가 지방산의 쪼개어진 부분에 부착되어 극성(polar)인 카르복실기(COOH)를 갖게 되고, 따라서 물에 잘 녹는 성질을 갖습니다. 반면에 다른 한쪽 끝은 메틸기를 갖게 되고, 비극성(nonpolar)으로 물에 잘 녹지 않게(hydrophobic)됩니다. 그리고 지방산이라고 불리는 이유는 유기산인 카르복실 분자가 화학적인 구조의 부분을 이루기 때문이고, 따라서 지방산은 카르복실산입니다. 
 
지방산은 두 가지 종류로 분류될 수 있는데, 하나는 분자 구조 내의 탄소와 탄소 사이에 이중 결합이 없고, 수소로 포화된 포화지방산과 다른 하나는 분자 구조 내에 이중 결합이 있는 불포화지방산으로 나눌 수 있습니다. 그리고 불포화지방산은 하나의 이중결합을 갖고 있는 단일 불포화 지방산과 둘 이상의 이중 결합을 갖고 있는 다중 불포화지방산이 있습니다. 포화지방산은 쇠고기와 돼지고기 같은 주로 붉은 육류에 많이 함유되어 있고, 불포화지방산은 올리브, 땅콩, 해바라기씨, 콩과 같은 식물성 음식에 많이 함유되어 있습니다. 일반적으로 불포화지방산이 포화지방산보다 실온에서 잘 녹고, 포화지방산은 비교적 단단한 형태를 나타내는데, 이것은 포화지방산이 수소에 의해 포화되어 있기 때문입니다.
 
또한 지방산은 최소 4개의 탄소원자에서부터 20개 이상의 탄소원자를 갖고 있는 지방산의 종류로 구분할 수 있는데, 4~6개의 탄소원자를 갖는 지방산을 짧은 사슬 지방산, 8~12개의 탄소원자를 갖는 지방산을 중간 사슬지방산(medium-chain fatty acid: MCT), 14~20개의 탄소원자를 갖는 지방산을 긴 사슬 지방산(long-chain fatty acid: LCT)이라고 하고 22개 이상의 탄소원자를 갖는 지방산을 아주 긴 사슬 지방산(very long-chain fatty acid)이라고 하며, 각각의 대사 경로도 다릅니다. 인체에서는 16개의 탄소원자를 갖는 palmitic acid와 18개의 탄소를 갖는 oleic acid가 주종을 이루고 있습니다.
 
지방산의 길이(탄소 수), 이중결합의 수, 그리고 이중결합의 위치를 나타내는 기호화된 표시법은 잘 정립되어 있습니다. 예를 들어 oleic acid는 18:1(9)로 표시할 수 있는데, 여기서 18은 oleis acid가 18개의 탄소를 갖고 있다는 것을 나타내고, 콜론 다음의 1은 이중결합이 한 개가 있다는 것을 의미합니다. 또 괄호 안의 9는 이중결합의 위치가 9번째 탄소와 10번째 탄소 사이에 한 개가 있다는 것을 나타 냅니다. 그리고 여가시ㅓ 나타낸 탄소의 위치는 카르복실 끝 쪽에서부터 센 숫자를 말합니다. 다른 표시 방법의 하나는 메틸기에 가장 가까운 이중결합의 위치로 나타내거나 탄소사슬의 끝인 오메가(ω)에서부터 나타내는 방법으로 oleic acid의 경우, 18:1ω9가 됩니다. 여기서 18은 탄소 18개, 콜론 다음의 1은 이중결합 한 개, 그리고 ω9는 ω자리에서부터 볼 때 9번째 탄소와 10번째 탄소 사이에 이중결합이 처음 있다는 표시로 처음 표기 방법과는 서로 다르지만 같은 oleic acid를 표시하고 있는 것입니다. 
 
또한 이중결합이 존재하는 곳에 시스(cis)나 트랜스(trans) 기하학적 이성체(geometric isomerism)가 생겨날 수 있는데, 분자 배열에 영향을 미쳐 cis의 경우에는 U자형으로 접히면서 메틸기와 이중결합이 같은 방향에 있게 되고, trans의 경우에는 포화지방산의 구조와 비슷하게 직선형으로 뻗어 있어 메틸기와 이중결합은 다른 방향에 있게 됩니다. 동물에 있어서 대부분의 불포화지방산에 있는 이중결합은 CIS 형태를 취하고 있고, 자연적으로 생기는 대부분의 자방산 이중결합은 cis 형태로 존재하며, cis형태의 이중결합은 3 탄소 떨어진 상태에서 존재합니다. Trans 형태의 이중결합은 자연적일 수도 있지만, 수소첨가 시 불포화지방산의 cis 이중결합은 trans 형태로 전환되기도 합니다. 따라서 지방산의 구조와 기능에 변화가 생기게 됩니다.
 

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복합지방(compound lipids)

복합지방은  triglycerides와 인산, 다른 비지방 화합물이 조화되어서 이루어진 중성지방입니다. 그리고 이러한 복합지방은 골격근에서 운동 시 에너지원으로의 기여는 거의 없다고 할 수 있습니다. 일반적인 복합지방의 종류는 인지질(phospholipids), 당지질(glycolipids), 지단백(lipoproteins)등입니다. 
 

인지질(phospholipids)

인지질은 지방산과 글리세롤, 인산기, 질소 등으로 조합된 화합물로 lecithin, cephalin, lipositols, glyerophospholipid, lasmalogens, sphingomyelins 등이 있습니다. 이러한 인지질은 대부분이 간과 세포에서 합성되고, 거의 모든 세포 내에 광범위하게 존재하고 있습니다. 세포에서 인지질은 세포 이중막 구성에 중요한 역할을 수행하는데 인지질의 phosphorous 부분은 친수성이고, 지방 부분은 소수성이어서 물, 지방과 상호작용하여 세포막을 통과하는 유액의 움직임을 조절하는 역할을  합니다. 인지질은 또한 세포의 구조적은 틀을 유지하는 역할을 하고, 혈액응고 작용에도 매우 중요하게 작용하며, 신경세포 주위에 있는 절연체의 구조를 유지하는 데도 도움을 줍니다.
 

당지질(glycolipids)

당지질은 탄수화물과 지방, 질소 등으로 조합된 화합물로 cerebrosides, gangliosides, sphingolipids 등이 있고, 복합지방으로 분류됩니다. 당지질은 뇌를 제외한 많은 조직에 존재하며 인지질과 같이 세포의 구조적 틀을 유지하는 역할을 수행하고, 에너지원으로서의 기능은 아주 적다고 볼 수 있습니다. 
 

지단백(lipoprotein)

또 다른 복합지방의 주요 형태는 지단백입니다. 지방은 혈액에서 자유롭게 이동할 수 없기 때문에 혈액에서 지방이 자유롭게 전달되기 위해서는 단백질과 같은 수용성 물질과 결합된 후에 비로소 가능하게 됩니다. 간에서 주로 형성되는 지단백은 혈중에서 지방 전달의 역할을 하기 때문에 매우 중요하고, 유미미립(chylomicrons), 초저밀도지단백(VLDL), 저밀도지단백(LDL), 고밀도지단백(HDL) 등으로 분류할 수 있습니다.

 
유미미립(chylomicrons)

유미미립은 지단백 중에서 가장 크지만, 중성지방을 많이 가지고 있어서 그 밀도는 가장 낮습니다. 유미미립은 섭취된 지방으로부터 소장의 점막에서 조합되고, 림프관을 통해서 이동하다가 흉관을 통하여 혈중으로 유입됩니다. 따라서 지방산을 연료로 사용하고 저장하는 조직으로 지방산을 운반하는 역할과 지방에 잘 녹는 비타민인 A, D, E, K 등의 전달자 역할도 합니다.
 

초저밀도지단백(VLDL)

초저밀도지단백은 간에서 합성되고 높은 지방 비율로 구성되어 있는데, 그중 65% 정도가 중성지방으로 구성되어 있으며, 체내에서 합성된 중성지방을 간에서 밀초의 세포로 이동시키는 역할을 합니다. 
 

저밀도지단백(LDL)

저밀도지단백은 VLDL의 잔여 부분이라고 할 수 있는데, VLDL이 세포에서 지단백 분해효소(lipoprotein lipase)에 의해 분해되면서 TG를 잃게 되면 크기는 작아지지만, 밀도는 증가되어 LDL이 됩니다. LDL은 세포막의 LDL 수용기와 결합하여 수용기에 의해 세포 내에 콜레스테롤을 유리시킵니다. 다시 말해서 LDL은 세포 내에서 콜레스테롤을 전달하는 역할을 합니다.
 

고밀도지단백(HDL)

고밀도지단백은 간에서 만들어지면 55% 정도가 단백질로 구성되어 있고, 다른 지단백들과는 달리 세포에서 사용하다 남은 콜레스테롤을 간으로 수거하는 역할을 합니다. 그리고 유미미립이나 VLDL과 같은 지단백에 아포지단백(apolipoprotein)을 제공하는 역할도 합니다. 아포지단백은 지단백에 약하게 결합되어 있으면서 지단백들 사이를 이동하면서 구조적 역할을 하고 특정 지단백과 수용기를 인식하게 하는 역할도 하며, 지방대사의 활성과 조효소의 역할을 수행하기도 하는 단백질입니다. 
 

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파생지방(Derived lipids)

단순지방, 복합지방과 더불어 마지막으로 분류할 수 있는 지방의 종류는 파생지방으로, 가장 널리 알려진 파생지방은 콜레스테롤입니다. 콜레스테롤은 운동 중에 에너지기질로 유용하게 사용되지는 않지만, 생물학적으로 여러 기능적 임무를 수행하므로 간략히 설명하겠습니다. 콜레스테롤은 인체의 세포에서 합성되기도 하며, 음식물로부터 섭취할 수 도 있는데, 세포막의 구성성분으로서 모든 세포에 존재하고 있습니다. 또한 estrogen, progesterone, testosterone과 같은 스테로이드 호르몬 합성의 전구체이기도 하며, 담즙의 생성을 위해 요구됩니다.  마지막으로 비타민 D합성에 필수적인 전구체 역할도 하고 있습니다. 비록 콜레스테롤이 생물학적으로 많은 유용한 역할들을 하고 인체에서 합성되고 있지만, 높은 콜레스테롤 섭취에 의한 혈중 콜레스테롤의 수치 상승은 성인에게 있어 관상동맥질환을 유발하는 원인이 될 수 있으므로 많은 콜레스테롤의 섭취를 줄이는 것이 바람직하다고 볼 수 있습니다.
 
또한 많은 포화지방산 섭취는 간에서 콜레스테롤의 합성을 쉽게 촉진시키므로 건강 측면에서 주의를 기울여야 합니다. 일반적으로 콜레스테롤이 가장 풍부한 식이원은 계란의 노른자라고 할 수 있는데, 새우와 같은 갑각류와 버터, 치즈, 기리고 우유와 같은 유제품에도 매우 풍부하게 함유되어 있습니다. 그리고 콜레스테롤은 동물성 식품에만 존재하고 식물성 식품에는 존재하지 않습니다.