今日、脂肪と言えば悪い言葉になっている。ところが、私たちは脂肪、特にその中でも脂肪酸がないと生きていくことはできない。脂肪酸は小さな分子で、炭素原子と水素原子で構成された長いひも状の分子の端に酸性の官能基がついた構造をしている。そして人体にとって欠かすことのできない２つの事柄に使われている。１つは、細胞の周囲や内側を構成する膜の主成分となっている脂質をつくることである。もう１つは、エネルギーを圧縮して貯蔵することである。脂肪酸は濃縮されたエネルギー源となっており、しばしばグリセリンと結合して脂肪をつくる。これが必要な時が来るまでエネルギーを貯蔵する、かさばらない方法となっている。しかし、よく知られているように、脂肪は摂取しすぎると、余分な脂肪が身体の一部を作り上げてしまうのだ！

でんぷんから脂肪をつくる

私たちは脂肪酸のほとんどを食事から摂取しているが、各細胞は必要となればほとんどの脂肪酸を組み立てられる酵素をつくることもできる。脂肪酸の組み立ては、一歩一歩進んでいくような反応で、１回につき炭素原子２個ずつ鎖に付け加えていく。この反応は４つの化学反応で構成されており、まず最初に炭素原子を追加し、続いて還元反応によって適当な炭化水素の形にする。この反応を開始させるには更にいくつかの酵素が必要であり、反応が終わった脂肪酸を最後に切り取るにもまたいくつか別の酵素が必要である。

脂肪工場

意外なことに、私たちの細胞はこの複雑な仕事を１つの長いタンパク質鎖で行っている。つながったドメインが群れになって折り畳まれ、各ドメインがそれぞれ異なる反応段階を進める。私たちが持っているこの複雑な脂肪酸合成酵素の低分解能での構造はPDBエントリー 2cf2で見ることができる。ここに示したのは菌類の脂肪酸合成酵素（PDBエントリー 2uvb と 2uvc）で、全ての機能に関するドメインが２本の鎖に結合している。完全な複合体は全部で12本の鎖から構成されており、中央には６つのα鎖（緑色）が、両端にはそれぞれ３つずつのβ鎖（青色）がある。全ての反応はこの大きな中空の球の中で起こる。中で成長中の脂肪酸が柔軟性のある鎖に付加され、左右に飛び出して更に炭素原子が付加されていく。

一歩ずつの構築

一方、植物と細菌は脂肪酸をつくるのに、別々の酵素を集めたものを使っている。ここに示したのは、細菌から得られた４つの酵素（PDBエントリー 1kas、1i01、1u1z、1dfg）である。これらの酵素は一緒になって、２つの炭素原子を成長中の鎖に付加し、適当な状態へと変化させる。図中央にある小さなタンパク質は、アシル輸送タンパク質（PDBエントリー 2fae）と呼ばれ、脂肪酸鎖を酵素から酵素へと運ぶ輸送者の働きをして、変化を起こさせる。さてここで、この別々の酵素群で処理する細菌や植物の方法と、先に述べた大きな一つの酵素群で処理する私たちの方法と、どちらのやり方がより良いのだろうかと考えるかもしれない。私たちの持つ脂肪酸合成機構はより高度に効率化されている。全ての反応が大きなタンパク質鎖の中で起こるので、成長する脂肪酸は非常に効率的に活性部位間を輸送できる。ところが、私たちの複合酵素機構は主に１種の脂肪酸（パルミチン酸）をつくるようにしか設計されいない。一方細菌や植物では、少しだけ効率性を犠牲にしているものの、他の酵素を酵素複合体に付加することで、あらゆる種類の脂肪酸をつくることができる。

構造を見る

成長中の脂肪酸鎖はアシル輸送タンパク質の構造の中に見ることができる。このタンパク質は、細菌や植物では酵素から酵素へ脂肪酸を運んでいるものである。アシル輸送タンパク質は特別な補因子をセリンアミノ酸に付加している。この補因子は、リン酸パンテテイン（phosphopantetheine）と呼ばれる（上図の上端にある、よく使われている原子配色で描かれた分子）。この分子は長くて柔軟性があり、脂肪酸が酵素の活性部位に入っていくのを助ける。この分子が酵素に付加されていない時は、炭素鎖（ここでは赤紫色で示している）はアシル輸送タンパク質（黄褐色の分子）の内部奥深くに隠されている。ここでは２つの構造を示した。１つは成長中の鎖に４つの炭素原子が付加されたアシル輸送タンパク質（左：PDBエントリー 1l0i）、もう１つは10個の炭素原子が付加されたもの（右：PDBエントリー 2fae）である。他にも脂肪酸が結合していない構造や、他の長さの脂肪酸が結合した構造をPDBでは見ることができる。

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