脂質代謝

脂質代謝

脂質代謝は、生物の細胞内で脂質が合成されたり、分解されたりする一連の化学反応の総称です。この過程は、生命活動に必要なエネルギーの供給源としての脂肪の利用や貯蔵、細胞を構成する膜の成分をはじめとする構造的・機能的な脂質の生成など、生命維持に不可欠な役割を担います。動物の場合、体に必要な脂質は食事から摂取するか、主に肝臓で自ら合成します。この合成プロセスは特に脂質生合成（リポジェネシス）と呼ばれます。

ヒトが食事から得る脂質の大部分は、中性脂肪（トリグリセリド）とコレステロールです。このほかにも、体には脂肪酸や膜脂質などが存在します。脂質代謝は、単に食事から摂った脂肪を消化・吸収するだけでなく、体内に蓄えられた脂肪を利用してエネルギーを生み出すことも含みます。ヒトを含む脊椎動物は、心臓などの重要な臓器を機能させるために、食事由来と貯蔵由来の両方の脂肪をエネルギー源として活用しています。

脂質は水に溶けにくい疎水性分子であるため、体内で代謝される前に水に溶けやすい形に変える必要があります。この代謝の多くは、消化管内で様々な酵素（リパーゼなど）の助けを借りた加水分解から始まります。植物の脂質代謝は動物とは異なる点が多くありますが、本記事では主に動物、特にヒトの脂質代謝に焦点を当てて説明します。

脂質の消化

脂質代謝の最初のステップは消化です。これは、リパーゼと呼ばれる酵素がトリグリセリドをより小さなモノグリセリドや脂肪酸に分解する過程です。脂肪の化学的な消化は、口の中の舌リパーゼによって始まります。ただし、摂取されたコレステロールはリパーゼでは分解されず、そのままの形で小腸の上皮細胞に運ばれます。その後、食物は胃へと送られ、胃リパーゼによる消化と、蠕動運動による機械的な消化が続きます。しかし、脂質の消化と吸収の大部分は、脂肪が小腸に達してから行われます。

小腸では、膵臓から分泌される膵リパーゼや胆汁酸塩依存性リパーゼなどの酵素、そして肝臓で作られる胆汁酸塩が働きます。胆汁酸塩は脂肪を乳化し、酵素が作用しやすくします。膵リパーゼはトリグリセリドを個々の脂肪酸とグリセロールに分解する主要な役割を担います。これらの分解生成物は、小腸の粘膜上皮細胞に吸収されます。

脂質の吸収

消化された脂質は、主に小腸で吸収されます。分解された脂肪酸やモノグリセリド、そしてコレステロールは、胆汁酸塩とともにミセルと呼ばれる小さな集合体を形成します。ミセルから放出された脂肪酸やモノグリセリドは、腸の上皮細胞の細胞膜を通過して細胞内に取り込まれます。細胞質に入ると、これらの分子は再びトリグリセリドに組み立て直されます。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リポタンパク質の粒子にパッケージングされます。カイロミクロンは、吸収された脂質をリンパ管を経て血流に輸送する役割を担います。カイロミクロンは血流に乗って全身を巡り、脂肪組織や他の細胞に脂質を届けます。

脂質の輸送

脂質、特にトリグリセリドやコレステロール、膜脂質は水に溶けにくいため、血液中を効率的に輸送するためには特別な仕組みが必要です。これがリポタンパク質です。リポタンパク質は、内部に疎水性の脂質を、外部に親水性のタンパク質やリン脂質を持つ構造で、血液中で脂質を安定して運ぶことができます。

カイロミクロンはリポタンパク質の一種で、食事由来の脂質を小腸から体の各部位へ運びます。リポタンパク質には、運ぶ脂質の種類や密度によっていくつかの種類があります。例えば、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）は主にコレステロールを体の末梢組織に運びます。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、全てが肝臓由来ではありません。

脂質の異化（分解）

血液中を循環するカイロミクロンや他のリポタンパク質は、毛細血管の内皮細胞表面にあるリポタンパク質リパーゼによって分解されます。これにより、内部に含まれるトリグリセリドから脂肪酸とグリセロールが遊離し、周囲の組織細胞（脂肪細胞、筋肉細胞など）に取り込まれます。

細胞に取り込まれたグリセロールは、多くの場合、解糖系の経路に合流し、エネルギー産生に利用されます。一方、脂肪酸は主にミトコンドリアで分解されます。長鎖脂肪酸がミトコンドリアに入るには、まず細胞質でアシルCoA合成酵素によってアシルCoAに変換される必要があります。その後、特殊な輸送システムを経てミトコンドリアマトリックスに入り、β酸化と呼ばれる繰り返し行われる反応経路で分解されます。β酸化では、脂肪酸アシルCoAがアセチルCoA、NADH、FADH₂に分解されます。生成したアセチルCoAは、クエン酸回路に入ってさらに酸化され、ATP（エネルギー通貨）を大量に産生します。NADHとFADH₂は電子伝達系でエネルギー産生に使われます。

脂質の生合成

脂質は、エネルギー源として貯蔵されるだけでなく、細胞構造や機能分子としても不可欠であり、体内で様々な経路を経て合成されます（脂質生合成）。

膜脂質の生合成: 細胞膜の主成分であるグリセロリン脂質とスフィンゴ脂質は、細胞の小胞体膜などで合成されます。これらの合成経路は、まず主鎖となる分子（グリセロール骨格やスフィンゴシン骨格）が作られ、次に脂肪酸が付加され、最後に親水性の頭部が付加されるという基本的なステップをたどります。グリセロリン脂質は多くの生物で見られますが、スフィンゴ脂質は主に真核生物に存在します。古細菌は独自の細胞膜構造を持つため、これらの膜脂質は持ちません。
トリグリセリドの生合成: 脂肪組織などにエネルギーとして貯蔵されるトリグリセリドは、細胞質で合成されます。ホスファチジン酸と呼ばれる中間体から始まり、ジアシルグリセリドを経てトリグリセリドが完成します。
脂肪酸の生合成: 脂肪酸は主に細胞質の細胞質ゾルで、アセチルCoAを材料として合成されます。このプロセスは、貯蔵用や構造用の脂質、あるいはエネルギー不足時の供給源として脂肪酸が必要な場合に行われます。
コレステロールの生合成: 動物に特有のステロイドであるコレステロールは、主に肝細胞の細胞質ゾルで、アセチルCoAを出発点とするメバロン酸経路を経て合成されます。コレステロールは細胞膜の流動性調節に重要なだけでなく、体内の様々なステロイドホルモン（例: プロゲステロン）や胆汁酸塩の前駆体となります。動物以外の真核生物（植物など）では、コレステロールではなくフィトステロールなどの異なる種類のステロールが合成されます。

脂質代謝異常

脂質代謝異常症は、脂質の分解や合成に関わる特定の酵素や輸送タンパク質などに生まれつき、あるいは後天的に異常があることで生じる病気です。これにより、特定の種類の脂質が体内に過剰に蓄積したり、逆に不足したりします。血液中のLDLコレステロール、VLDL、トリグリセリドなどが異常に高くなる高脂血症は、心血管疾患のリスクを高める主要な脂質代謝異常です。多くの先天性の脂質代謝異常症は遺伝性であり、ゴーシェ病、ニーマン・ピック病、テイ・サックス病、ファブリー病などが知られています。これらは、体内で特定の脂質が正常に代謝されずに蓄積することで、様々な臓器に障害を引き起こします。

脂質の種類

動物の脂質代謝において重要な役割を果たす主な脂質には以下のようなものがあります。

膜脂質: 細胞膜の構成要素となる脂質群。
リン脂質: 細胞膜の脂質二重層の主要な構成成分。
スフィンゴ脂質: 特に神経組織の細胞膜に豊富。
糖脂質: 細胞認識や膜の安定性に関与。
グリセロリン脂質: 脳などの神経組織に多量に存在するリン脂質の一種。
その他の種類の脂質:
コレステロール: 細胞膜の流動性調節、ステロイドホルモンや胆汁酸塩の前駆体。
ステロイド: コレステロールから誘導されるホルモンなど、重要な細胞シグナル分子。
トリアシルグリセロール（中性脂肪）: 体内でエネルギーを貯蔵する主要な形態。
脂肪酸: 脂質膜やコレステロールの構成成分、エネルギー源としても利用。
胆汁酸塩: 肝臓で合成され、小腸での脂質の消化・吸収を助ける。
エイコサノイド: 脂肪酸から作られる生理活性物質で、細胞間のシグナル伝達に関わる（例: プロスタグランジン）。
* ケトン体: 飢餓時などに肝臓で脂肪酸から作られ、脳などのエネルギー源となる。

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