この項目では、化学について説明しています。栄養学については「脂肪 」をご覧ください。
代表的な脂質であるトリアシルグリセロール の構造。脂肪酸 とグリセリン がエステル結合 した構造をもつ。
脂質 ( ししつ、英 : lipid ) は、生物 から単離 される無極性溶媒 に可溶(水 に不溶)な物質 を総称したものである[ 1] [ 2] 。これは特定の化学的、構造 的性質ではなく、溶解度 による定義であるため、脂質に分類される化合物は多岐にわたる。無極性溶媒は通常炭化水素 で、これに可溶な脂肪酸 、ワックス (蝋)、ステロール 、一部のビタミン 、アシルグリセロール 、リン脂質 などが一般に脂質として分類される。ただし、この定義に当てはまらない例外も多く存在する。国際純正・応用化学連合 (IUPAC)でも「ゆるやかに定義された単語」(loosely defined term)としており、厳密な定義はない。生化学 的定義では「長鎖脂肪酸 あるいは炭化水素 鎖を持つ生物体内に存在あるいは生物由来の分子」とされる。脂質は、ときに脂肪 と同じ意味で用いられることがあるが、厳密には脂肪は脂質のサブグループであるトリグリセリド を指す。
脂質は、タンパク質 、糖 、核酸 とともに4つの主要生体物質 の一つを構成する。膨大な数にのぼる脂質の多様性および生体内における脂質のネットワークを包括的に理解する試みとしてリピドミクス(Lipidomics )という学問分野が形成されている[ 3] 。同様に、脂質のより体系的な分類方法としてLIPID MAPS と呼ばれるデータベースが運営されている[ 2] 。リピドミクスでは、質量分析 およびバイオインフォマティクス を駆使して、生体内における脂質の組成・分布(リピドーム とも呼ばれる)、そして脂質間の相互作用を詳細に分析する。
定義
IUPACによる定義[ 1]
伝統的な定義[ 注釈 1] [ 注釈 2] [ 注釈 3]
水に不溶、または有機溶媒に可溶(疎水性)
脂肪酸あるいは炭化水素鎖を含む
生物由来の物質
LIPID MAPSの定義
により生成する分子それ自体か、その分子を構成要素として含む、疎水性 あるいは両親媒性 の分子[ 8] 。アシル鎖とイソプレノイド鎖はともに炭化水素 鎖であるが、アシル鎖と異なり、イソプレノイド鎖はメチル基 の周期的な分岐を特徴とする。
LIPID MAPSによる分類
脂肪酸
グリセロール
コレステロール
LIPID MAPSでは脂質をその構造に基づいて8つに分類 している[ 2] [ 8] 。チオエステルの縮合によって生成するアシル鎖 を主体とする脂質は脂肪アシル に分類される。一方、イソプレンの縮合によって生成するイソプレノイド鎖 を主体とする脂質はプレノール脂質 となる。アシルまたはイソプレノイドからなる炭化水素 鎖がグリセロール に結合したものはグリセロ脂質 に分類されるが、さらにリン酸基 が結合したものは、その重要性から特にグリセロリン脂質 として区別される。一方、炭化水素鎖がスフィンゴイドに結合する場合はすべてスフィンゴ脂質 に分類される(リン酸基の有無に関係なく)。イソプレノイド鎖が環化によってステロイド 骨格を生じたもの(例えばコレステロール )は、やはりその機能の重要性と多様性から、プレノール脂質から独立してステロール脂質 に分類される。
一般的にリン脂質 (Phospholipids)と呼ばれるものは親水性 のリン酸基 が疎水性 の炭化水素鎖と結合した化合物すべてを含み、LIPID MAPSの分類におけるグリセロリン脂質とスフィンゴ脂質(スフィンゴリン脂質)にまたがっている。同様に、一般に糖脂質 (Glycolipids)と呼ばれるものも、親水性である糖 が疎水性の炭化水素鎖と結合した化合物すべてを含み、LIPID MAPSにおけるグリセロ脂質(グリセロ糖脂質)、スフィンゴ脂質(スフィンゴ糖脂質)、糖脂質(別定義、Saccharolipids)の3つのグループにまたがっている。これはLIPID MAPSにおいては結合する側の物質(リン酸基や糖)ではなく、基本骨格を担う物質(グリセロールやスフィンゴイド)を中心に脂質を分類しているためである。また、LIPID MAPSによる分類は実際の生合成 経路の近縁関係を忠実に反映したものではない。近縁の化学物質であっても別のグループに分類されている場合がある(例えば一部のステロイド誘導体がステロール脂質ではなくプレノール脂質に分類されている)。
アセチルCoA とマロニルCoA の縮合(チオエステル の縮合)によって生成するアシル鎖 を主体とする化合物群。カルボキシル基 をもつ脂肪酸 が代表例であるが、ヒドロキシル基 やアルデヒド基 など他の官能基 をもつ化合物や、エステル結合 をもつ化合物も含む。アシル鎖の長さや不飽和結合 の有無で多くの種類に分かれる。不飽和結合がある場合は、その立体配置 (cisおよびtrans)でも種類が分かれる。脂肪アシルに含まれる脂質の大部分は官能基をもつためその部分は親水性となり、対してアシル鎖(炭化水素鎖)は疎水性のため、分子は全体としては両親媒性 となる。一方、官能基をもたない純粋な炭化水素も脂肪アシルに含まれる。これらの分子は疎水性 である。
脂肪アシルの例:
グリセロール のヒドロキシル基 に炭化水素鎖(アシル鎖またはイソプレノイド鎖)がエステル結合 またはエーテル結合 したもの。最大で3つの炭化水素鎖が結合する。脂肪酸がエステル結合したアシルグリセロールが代表的なグリセロ脂質である。ヒドロキシル基には炭化水素鎖以外のものも結合する(糖類、リン酸基など)。リン酸基 が結合する場合はグリセロリン脂質として独立して扱われる。真核生物 ・細菌 ではほとんどの場合、脂肪酸がグリセロールにエステル結合するのに対して、古細菌 ではイソプレンがエーテル結合する。
グリセロール の3つのヒドロキシル基 のうち一つにリン酸基 が結合したもの。残り2つには炭化水素鎖(アシル鎖またはイソプレノイド鎖)がエステル結合またはエーテル結合する。グリセロリン脂質、スフィンゴ脂質およびステロール脂質の3つは生物の細胞膜 を構成する主要脂質である。グリセロリン脂質のうち炭化水素鎖は疎水性であるに対し、リン酸基は親水性のため、分子全体は両親媒性である。グリセロリン脂質は通常二重膜 を形成し、水に囲まれた環境では親水性のリン酸基が膜の外側に、疎水性の炭化水素鎖が内側に分布する。真核生物・細菌と古細菌では、グリセロ脂質同様、炭化水素鎖の組成(脂肪酸およびイソプレン)、結合様式(エステルおよびエーテル結合)、さらにリン酸基の立体配置が異なる(sn-3およびsn-1)。
スフィンゴ脂質は、長い炭化水素鎖を含むアルカノールアミン (スフィンゴイドと呼ばれる)を共通の構造としてもつ脂質の総称。グリセロ脂質・グリセロリン脂質と異なり、グリセロールは関与しない。また、リン酸基や糖などの有無によって独立したグループに分けることはなく、スフィンゴイドを基盤とするものはすべてスフィンゴ脂質に分類される。
テルペノイド (イソプレンの縮合とその後の修飾によって生成する化合物、イソプレノイドともいう)のサブグループ。単にステロールと呼ぶ場合が多い。イソプレノイドのうち、ステロイド骨格を有するもの(ステロイド )がステロール脂質に含まれるが、コレステロール と同じ炭素骨格を有さない、またはコレステロールを前駆体としないステロイドの一部はプレノール脂質に分類されている(例えばProtostane やFusidane )[ 2] 。動物における、コレステロールおよびそこから誘導されるステロイドホルモン の重要性と機能的な多様性のため、ステロール脂質はプレノール脂質から独立したグループとして扱われている。ステロールがもつヒドロキシル基が親水性を示すのに対して、ステロイド骨格(4縮合環構造)自体は疎水性のため、分子全体は両親媒性である。ステロールが細胞膜 の構成物質として機能する一方、ステロイドホルモンはシグナル伝達 に関与する。
ステロール脂質以外のテルペノイド (イソプレノイド)。上記のように実際は一部ステロールを含む。イソプレン 単位の数により、多くの種類に分かれる(例を参照)。ステロールを含めてトリテルペノイドは細胞膜 の構成物質である。イソプレノイド鎖はキノン 、ヘム 、クロロフィル の側鎖としても用いられる。いくつかのビタミン(ビタミンA 、ビタミンD など)もテルペノイドであり、プレノール脂質に含まれる。テルペノイドは全体として非常に幅広い機能を有する。
糖と炭化水素鎖が結合したもののうち、グリセロ糖脂質およびスフィンゴ糖脂質以外のもの。一般に言われる糖脂質 (Glycolipid)とは定義が違うことに注意。
チオエステル の縮合から出発し、脂肪酸と類似する生合成経路を経由して作られる化合物の総称。二次代謝産物 の代表例。ポリケチドは全体として非常に広範な機能を有する。
その他の分類
Bloorによる分類
Bloorの分類[ 10] に基づき、栄養学 などの分野では脂質を単純脂質 ・複合脂質 ・誘導脂質 の3種類に分ける場合が多い[ 11] 。しかし、この分類は百年前に提案されたものであり、その後の研究の進展状況を必ずしも反映していない。
単純脂質 (Simple Lipids)
アルコール と脂肪酸 がエステル 結合したもの。生物に多く見られるのは、アルコールとしてグリセリン をもつもので、アシルグリセロール と呼ぶ。生体中では主に脂肪 として蓄えられ、エネルギー の貯蔵や組織の保護などに利用される。エステル結合した脂肪酸の数によってモノグリセライド ・ジグリセリド ・トリグリセリド と分けられる。エーテル型脂質 のアルキルエーテルアシルグリセロール (アルキルエーテルグリセリド )もここに分類される。アルコールとして長鎖アルコールを持つものは蝋 と呼ぶ。動物 や植物 表面に多く見られ、保護物質として働いている。一部の植物を除いて、エネルギー源とはならない。グリセリンの代わりに、スフィンゴシン とアルコールがアミド結合 したセラミド も単純脂質に分類される。
複合脂質 (Complex lipids/Compound lipids)
複合脂質の1種、リン脂質 の構造。数種類の部分から組みあがった構造をもつ。
複合脂質は、部分構造としてリン酸エステル を持つリン脂質 と、糖 が結合した糖脂質 に大別される。また、複合脂質の骨格となる分子は一般的にグリセリン あるいはスフィンゴシン のみであるため、これらを基準としてグリセロ脂質 とスフィンゴ脂質 に分類することもある。両親媒性 を持つものが多く、細胞膜 の脂質二重層 の主要な構成要素であるほか、体内での情報伝達 などに関わる。脂質とタンパク質 が複合したリポタンパク質 をここに含めることもある。
誘導脂質 (Derived lipids)
単純脂質や複合脂質から、加水分解 によって誘導される疎水性化合物を指す。テルペノイド (ステロイド 、カロテノイド など)もここに含めることが多いが、多くのテルペノイドは単純脂質・複合脂質から誘導されるわけではなく、まったく別の経路で生成する。身体の構成、エネルギー貯蔵の他、ホルモン をはじめとする生理活性物質 としてはたらく。
極性による分類
脂質は極性(両親媒性)の有無によって分類されることもある。[ 12] [ 13] [ 14] [ 15] [ 16]
極性脂質 (Polar lipids)
非極性脂質 (Non polar lipids)
中性脂質 (Neutral lipids)ともいう。
けん化性による分類
鹸化 性すなわち加水分解されるかどうかによる分類。[ 17] [ 18] [ 12]
けん化性脂質 (Saponifiable)
非けん化性脂質 (Non-saponifiable)
脚注
注釈
^
W. R. Bloor(1925)
1925年 に W・R・ブルーア[ 4] (Walter Ray Bloor) によって以下の生化学 的脂質の定義がなされている。[ 5]
水に不溶、ただしエーテル 、ベンゼン など有機溶媒 に溶ける
加水分解 により脂肪酸 を遊離する
生物 体により利用される
^
Morris Kates(1986)
1986年出版の"Techniques of Lipidology: Isolation, Analysis and Identification of Lipids"にて次のように記載している。[ 6]
水に溶けない
クロロホルム、エーテル、ベンゼンなどの有機溶媒に溶ける
分子内に長鎖の炭化水素鎖を含む
生物由来
^
マッキー 生化学(2010)
脂質という言葉は、構造的定義というより操作的な定義であり
水には不溶
エーテル、クロロホルム、アセトンといった非極性溶媒に可溶
生物由来の物質
としている。[ 7]
出典
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関連項目
外部リンク