식품과 영양소 - (3) 단백질

그리스어 'proteos'는 'primary' 또는 'taking first place'를 뜻한다. 단백질은 체내 곳곳에서 발견되는데 40% 이상은 근육에서, 25% 이상은 기관에서 발견되고 나머지는 주로 피부와 혈액에 존재한다. 

 

(1) 단백질의 구성

단백질을 구성하는 기본단위는 아미노산으로 아미노산은 중심 탄소 원자에 수소, 아미노기(-NH2), 카르복실기(-COOH), 그리고 'R'기를 가지고 있다. R이 수소이면 아미노산 글리신이고, R이 메털기이면 아미노산 알라닌이다. 아미노산은 펩티드 결합으로 연결될 수 있는데, 10개 이상의 아미노산으로 구성된 것을 폴리펩티드라고 한다. 대부분의 단백질은 50~20,000개의 아미노산이 결합한 폴리펩티드이다. 단백질을 구성하는 아미노산은 총 20개인데, 영양학적으로 필수와 불필수 아미노산으로 구분된다. 영양학에서 '필수'라는 개념은 체내에서 합성할 수 없어서 반드시 식이로 공급되어야 함을 의미한다.

 

- 필수아미노산

페닐알라닌	메티오닌	이소류신
발린	트립토판	류신
트레오닌	히스티딘	리신

 

조건부 필수아미노산도 존재하는데, 예를 들면 간 기능이 미숙하거나 간 질환이 있는 경우 우선적으로 간에서 대사되는 페닐알라닌과 메티오닌 대사가 손상된다. 결과적으로 정상 상태에서는 페닐알라닌과 메티오닌의 분해를 통해 합성되는 티로신과 시스테인이 기관의 기능이 정상화될 때까지 필수아미노산이 된다. 선천적 이상의 경우도 있는데, 유전적 질환인 페닐케톤뇨증의 경우 페닐알라닌을 티로신으로 전환시키는 효소의 활성이 없거나 낮아 티로신이 체내에서 합성되지 못하고 반드시 식이에서 완전히 제공되어야 한다. 다시 말하면 PKU에서는 티로신이 필수아미노산인 것이다. 외상이 있으면 아르기닌 합성이 충분하지 못하고 조건부 필수아미노산으로 여겨진다.

 

(2) 단백질의 기능

단백질은 체내에서 여러 주요한 기능을 수행한다. 탄수화물과 지질이 충분히 제공되어야 단백질이 다음과 같은 고유의 기능을 위해 효율적으로 사용될 수 있다.

 

- 효소

효소는 촉매제로 작용하는 단백질로 체내에서 일어나는 반응의 속도를 증가시킨다. 효소는 생명을 유지하는 데 필수적인 반응을 촉매 하는데, 소화, 에너지 생성, 혈액 응고 등이 해당한다.

 

- 호르몬

일부 단백질은 호르몬으로, 아미노산은 호르몬을 합성하는 데 필요하다. 호르몬은 체내에서 화학적 메신저로 작용하며, 중요한 대사적 과정을 조절한다. 어떤 호르몬은 콜레스테롤에서 유래되어 스테로이드 호르몬으로 분류되는 반면, 어떤 호르몬은 1개 이상의 아미노산에서 유래된다. 예를 들면, 아미노산 티로신은 요오드와 갑상선 호르몬을 합성하는 데 사용되고, 호르몬 멜라토닌은 뇌에서 트립토판으로부터 유래된다. 인슐린은 51개의 아미노산이 이황화 결합으로 연결된 2개의 폴리펩티드 사슬로 구성된다.

 

- 신체 구성

몇 가지 단백질은 체내에서 구조적 역할을 하며, 수축성 단백질과 섬유상 단백질이 있다. 수축성 단백질인 액틴과 미오신은 심장, 근육, 평활근에 존재하고, 섬유상 단백질인 콜라겐, 엘라스틴, 케라틴은 뼈, 치아, 피부, 힘줄, 연골, 머리카락, 손톱에 있다.

 

- 산-염기 평형(완충제)

단백질은 아미노산으로 구성되어 있기 때문에 체내에서 완충제로 작용하여 산-염기 평형을 조절할 수 있다. 완충제는 알칼리나 산 첨가 시 일어날 수 있는 pH의 변화를 완화시키는 화합물이다. 혈액과 다른 체조직의 pH는 적절한 범위 내에 유지되어야 하는데, 아미노산은 수소 이온을 받아들이거나 유리시킬 수 있기 때문에 pH의 변화를 막고 균형을 유지시킬 수 있다.

 

- 체액 균형

단백질은 산-염기 평형 이외에 혈액과 세포에 존재하면서 수분 평형에 영향을 준다. 단백질은 물을 특정한 영역 내로 끌어들이고 유지함으로써 삼투압을 유지하는데, 혈액 내 단백질이 농도가 감소하면 혈액 삼투압을 감소시킨다. 혈액 내 단백질의 농도가 정상보다 낮으면 수분은 혈액 밖인 세포 사이 공간으로 새어 나가 조직이 붓게 되고 부종을 일으킨다. 혈액과 세포 내 단백질이 보충되면 수분은 세포 사이 공간에서 다시 혈액과 세포 내로 확산되게 된다.

 

- 면역 기능

정상적인 면역 체계는 면역 글로불린이나 항체로 불리는 면역 단백질에 의해 공급된다. 단백질의 섭취가 불충분하면 면역 단백질이 부족하여 면역 체계의 기능이 저하된다.

 

- 영양소 운반

운반 단백질은 비타민, 무기질 등 영양소와 같은 물질을 혈액 내로, 세포 내로, 세포 밖으로, 세포 내로 운반하는 수단을 제공한다. 예를 들면 혈액 내에서 단백질 헤모글로빈은 적혈구 내 존재하면서 산소와 이산화탄소를 운반하고, 지단백질은 콜레스테롤과 중성지방을 운반한다. 세포막의 단백질은 나트륨, 칼륨, 칼슘과 같은 물질이 이동할 수 있도록 통로를 제공한다.

 

- 포도당 합성

혈당은 세포에 필요한 에너지를 공급하기 위하여 특히 적혈구, 뇌세포 등과 같이 포도당에만 의존하는 세포를 위하여 일정하게 유지되어야 한다. 그러나 탄수화물의 섭취가 충분하지 않아 혈중 포도당의 농도가 일정 수준 이하로 감소하면 체조직에 존재하는 아미노산을 이용하여 포도당을 합성하는 포도당 신생합성과정이 일어나게 된다.

 

-열량 공급

단백질도 탄수화물이나 지방과 마찬가지로 열량을 공급할 수 있으나, 건강한 사람의 경우 에너지원으로 지방과 탄수화물을 주로 사용하고 단백질은 거의 사용하지 않는다. 단백질을 과잉 섭취하였거나 열량 섭취가 충분하지 못하면 단백질은 열량 공급을 위해 사용된다.