단백질의 대사 및 체내 기능

목차

• 단백질의 소화흡수 및 대사
• 단백질/아미노산의 대사
• 단백질의 체내 기능

1. 단백질의 소화흡수 및 대사

우리가 섭취한 단백질 식품은 입을 통과하여 위로 가면 위산과 펩신에 의해 단백질이 부분적으로 소화되기 시작합니다. 부분적으로 소화된 단백질이 십이지장으로 들어가게 되면 소장 벽 세포에서 콜레시스토키닌이라는 호르몬이 분비됩니다. 이 호르몬은 췌장에 신호를 보내 단백질 분해효소인 트립신, 키모트립신, 카르복시펩티다아제 등을 소장으로 분비시킵니다. 이 단백질 효소들에 의해 단백질이 트리펩티드, 디펩티드, 아미노산으로 분해되면 소장세포에 의해 흡수되어 간문맥을 통해 간으로 이동한 후 혈액을 따라 필요한 체세포로 이동이 됩니다. 단백질은 대부분 재사용되므로 아주 소량의 식이 단백질만이 변으로 배설됩니다. 

 

2. 단백질/아미노산의 대사 

이렇게 흡수된 아미노산과, 체단백질 분해로 생성된 아미노산은 아미노산 풀(Pool)을 형성하게 됩니다. 이 아미노산들은 정상적일 경우 체내 물질 합성에 사용됩니다. 체조직, 호르몬 등 우리 몸에서 필요한 단백질이나 또는 질소를 함유한 비단백질 물질을 합성합니다. 아미노산은 아미노기와 탄소골격으로 분해된 후 불필수 아미노산들과 함께 아미노기 전이반응을 일으켜 새로운 아미노산을 합성하기도 합니다. 또한, 아미노산은 열량원으로 이용되기도 합니다. 열량 섭취가 부족할 경우 분해된 아미노산으로부터 생성된 탄소골격이 열량원으로 사용되거나, 뇌와 신경조직을 위한 포도당 혹은 케톤체 합성을 위해 사용되기도 하고, 지방산으로 합성되기도 합니다. 마지막으로 아미노기를 구성하는 질소는 대사산물로 암모니아를 형성하는데, 독성이 있는 암모니아는 간에서 독성이 없는 요소로 전환되며, 신장을 통해 체외로 배설됩니다. 

 

 

3. 단백질의 체내기능 

1) 체조직 형성

단백질은 모든 신체 조직의 성장, 유지에 중요한 물질로 성장기, 임신 및 수유기에는 체내 요구량이 증가하게 됩니다. 단백질은 우리 몸의 체세포와 피부 등 체조직의 지지구조를 형성합니다. 신체 내 단백질과 피부 등 상피조직은 계속적으로 퇴화와 재생을 반복하기 때문에 우리 몸에는 매일 필요한 양만큼의 단백질이 공급되어야 합니다. 우리 몸의 주요한 구조단백질은 전체 신체 단백질의 1/3 이상을 차지합니다. 대표적인 예로는 결체조직과 연골을 구성하는 콜라겐, 근육의 수축 및 이완 작용을 담당하는 액틴과 미오신, 인대를 구성하는 엘라스틴, 그리고 머리카락, 손톱 등을 구성하는 케라틴 등이 있습니다. 콜라겐은 결체조직, 즉 피부의 구조 단백질 성분이므로 화장품에 콜라겐을 첨가하는 경우도 있습니다. 또한 머리카락 단백질의 구성 성분인 케라틴 등은 샴푸 등에 첨가되기도 합니다. 

2) 수분 평형유지

혈액에 있는 단백질인 알부민과 글로불린 등은 체내 수분평형유지를 돕는 작용을 합니다 동맥압에 의해 혈액이 모세혈관으로 나가면 이 혈액은 혈관에 가까운 세포로 영양소를 공급하기 위해 모세혈관으로부터 세포(외강)로 체액을 이동합니다. 이때 혈액 내 알부민은 분자량이 커서 모세혈관을 빠져나가지 못해 혈관 내에 머무르면서 모세혈관 내 삼투압을 조직보다 높게 유지시켜서 혈압과는 반작용으로 세포로 간 체액을 다시 혈관 쪽으로 끌어들이도록 합니다. 이러한 작용은 특히 정맥 연결부위에 인접한 모세혈관에서 더 크게 나타납니다. 따라서 식이 섭취를 통해 충분한 단백질을 공급받지 못하는 단백질 영양부족의 경우 혈액 중의 단백질 양이 줄어들어 혈압에 대한 반작용이 약해져 세포로 이동한 체액이 다시 모세혈관으로 이동하지 못하고 그대로 머물러 부종이 나타납니다. 

3) 산-염기 평형 유지

세포막의 단백질은 체액에 존재하는 이온물질을 세포 안팎으로 이동시키는 펌프작용을 하면서 산-염기 균형을 유지하면서 혈액을 약 알칼리 상태로 유지(pH:7.35~7.45)시켜 주는 완충제로 작용합니다. 이러한 작용이 가능한 것은 혈액 중 단백질이 분자 내 아미노기에 의한 산성, 카르복실기에 의한 염기성, 즉 양쪽 극성을 모두 가질 수 있는 양극성 물질이기 때문입니다. 양극성 물질인 단백질은 산-염기 균형유지를 위해 필요할 때 수소이온을 받아들이거나(염기성화) 내어줄 수(산성화) 있습니다. 

4) 신체보호(면역기능)

단백질의 주요 기능 중 하나는 항원-항체 반응에서 항체 즉 면역 단백질로 작용하는 것입니다. 항원이란 세균, 바이러스 등에 포합 된 외부 단백질입니다. 항체란 면역체계의 핵심 구성요소로서 표적세포 대신 항원과 결합하여 항원이 표적세포를 공격하는 것을 막습니다. 

면역 글로불린은 대표적인 항체 단백질로 다른 생물 종의 공격으로부터 우리 몸을 보호하기 위해 체내 항원-항체 반응을 일으키는 물질입니다. 피브리노겐과 트롬빈은 또 다른 항체 단백질로써 현액 응고에 필요한 단백질입니다. 예방접종은 우리 몸에서 단백질이 주도하는 항원-항체 반응에 근거한 것입니다. 예방접종을 했을 때 항원이 처음으로 체내로 침입하면 우리 몸의 첫 면역반응은 느리게 일어나지만 처음 침입 때 기억세포가 만들어지게 되어 다음부터는 빠른 면역반응을 유도하게 되면서 이후에 있을 질병의 항원에 대해 몸을 보호하는 작용을 하게 됩니다. 건강한 사람들의 경우 감염과 질병을 예방하기 위해 항체가 이런 항원과 싸우는 데 매우 효율적이나 단백질 섭취가 불충분하면 우리 몸의 면역체계의 기능이 떨어지게 됩니다. 

 

5) 호르몬, 효소, 신경전달물질, 기타 질소 함유 물질 형성 

체내 단백질이나 아미노산은 생체의 주요 기능을 담당하는 호르몬, 효소, 신경전달물질로 작용하거나 이 물질들의 전구체로 이용됩니다. 호르몬이란 우리 몸 안의 특정조직에서 합성되어 혈액으로 분비되어 다양한 신체대사를 조절하는 물질이며 대표적인 예로서 아미노산인 티로신으로부터 만들어지는 갑상선호르몬, 혈당을 조절하는 중요 물질인 인슐린과 글루카곤 등이 있습니다. 효소는 생체 내 화학반응 속도를 빠르게 해주는 유기물질로 대사에 필수적인 화학반응을 촉진해 줍니다. 대표적인 소화효소로는 단백질 소화효소인 펩신, 트립신, 탄수화물 소화효소인 서당분해효소(수크라아제), 지질 소화효소인 리파아제 등이 있으며 그 외에 아미노기 전이효소 등의 대사효소들이 있습니다. 그 외에 아미노산 유도체인 신경세포 말단에서 분비되는 신경전달물질이 있는데 트립토판으로부터 만들어지는 세로토닌이나 티로신으로부터 만들어지는 카테콜라민(노르에피테프린, 에피네프린)이 대표적인 예입니다. 

6) 영양소의 운반

단백질은 다른 영양소를 혈류를 통해 세포로, 또는 세포막을 통과하여 작용할 곳으로 운반해 주는 운반체로서 사용되기도 합니다. 우리 몸에 필요한 산소는 헤모글로빈에 의해 폐에서 세포로 이동됩니다. 소장에서 흡수된 지질은 지단백질의 형태로 간문맥, 혈액을 통해 필요한 체세포로 운반됩니다. 세포 밖에 있는 포도당과 아미노산 등은 세포막에 있는 운반 단백질에 의해 세포 안으로 운반됩니다. 각각의 비타민이나 무기질을 운반하기 위한 운반 단백질이 있는데 대표적인 예로 레티놀(비타민 A)의 운반단백질인 레티놀-결합단백질과  분의 운반체인 트랜스페린(ransfenrin) 등이 있습니다.

 

7) 열량공급 및 포도당 신생합성

일반적인 경우 세포는 가장 먼저 지방과 탄수화물을 에너지로 이용하며 단백질은 에너지 공급에 거의 관여하지 않고 우리 몸의 성장과 기능 유지, 필요한 단백질 합성 등의 주기능을 수행합니다. 하지만 에너지 공급원인 탄수화물 섭취가 부족하거나(예: 저탄수화물 고지방식이) 열량 섭취가 부족하게 되면 단백질 역시 에너지 급원으로 사용되면서 4kcal/g의 열량을 공급합니다. 뇌와 신경조직의 경우 포도당을 주요 에너지 공급원으로 사용하는데, 탄수화물 공급 부족 시 단백질을 이용해서 포도당 대체 에너지 공급원인 케톤체를 생성하거나 간과 신장에서 포도당을 합성하는 당신생합성(gluconeogenesis) 과정을 통해 뇌와 신경조직에 필요한 에너지를 공급하게 됩니다.