[건강] 인체의 기초 재료, 아미노산

 

 

세포에서는 단백질을 끊임없이 생성해야 한다. 생명현상은 단백질로 구성된 자물쇠·열쇠의 관계로 볼 수 있는데, 과다한 작용은 단백질을 마모시키기 마련이다. 수 년 전만 하더라도 파우더형의 단백질은 헬스장에 근육을 키우려는 사람들의 전유물로만 여겼다. 하지만 단백질은 면역시스템을 유지하는 항체·호르몬·효소를 구성하며, 노년건강을 위한 필수영양소 중 하나이다. 노화가 진행되면서 피부탄력이 떨어지는 이유는 근육이 빠지면서 생긴 공간을 지방이 채우기 때문인데, 단백질 섭취가 부족할 경우 근육에 저장했던 단백질을 분해하여 사용하게 된다. 성인은 근감소를 막기 위해 매일 몸무게 ㎏당 1~1.2g의 단백질을 섭취하여야 한다.

 

시판 단백질의 섭취만으로 안심해서는 안되는데, 필수아미노산이 부족한 단백질은 단백질의 합성이 원활하게 이뤄지지 못해 근감소의 원인이 될 뿐이기 때문이다. 완전단백질(complete protein)은 필수아미노산을 충분히 함유한 단백질로, 근육량이 감소하면서 신체기능도 저하되는 노년층에게 특히 중요하다.

 

최근 메티오닌을 제한하여 화상흉터를 유발하는 섬유아세포의 증식·염증·섬유화가 억제된다는 연구결과가 발표되었는데, 비대성 흉터는 외형상 문제(흉터 확장·돌출)을 일으키면서 부작용(가려움증·통증·당김)을 초래했다. 메티오닌은 필수아미노산 중 하나로, 그간 암치료나 노화연구에 주로 사용되어 왔다.

 

체내에서 합성되지 않는, 필수

 

아미노산(amino acid)은 단백질을 구성하는 질소화합물 단위체로, NH(아민기)·COOH(카르복실기)의 복합물이다. 탄소(C)·수소(H)·질소(N)·산소(O)로 구성된 아미노산을 체내 유전정보에 맞게 연결해주는 것이 DNA·RNA인데, 펩타이드결합을 통해 단백질이 만들어지는 것이다. 아미노산 형태로는 기능을 수행할 수 없다. 모든 생명체에는 20개의 아미노산이 존재하며, 견해에 따라서는 21개나 22가지로 구분하기도 한다. 필수아미노산(Essential amino acid)은 외부음식으로부터 섭취해야만 하는데, 이는 체내합성이 되지 않기 때문이다. 필수아미노산은 다음의 9가지이며, 이 중 성인이 합성할 수 없는 필수아미노산은 8가지이다.

 

류신(Leucine)
이소류신(Isoleucine)
발린(Valine)

라이신(Lysine)

메티오닌(Methionine)
페닐알라닌(Phenylalanine)
트레오닌(Threonine)

트립토판(Tryptophan)

히스티딘(Histidine) : 영·유·소아 해당

 

BCAA(Branched-Chain Amino Acid)는 가지편향된 구조를 가진 아미노산으로, 필수아미노산 3가지(류신·이소류신· 발린)의 결합체이다. 대부분의 아미노산은 간으로 운반되어 대사되는 반면, BCAA는 근육·지방 조직에서 대사가 이뤄진다. 식후 BCAA 섭취는 근육 내 단백질 분해를 감소시켜 근손실을 막아주는 것을 넘어, 근육에서 에너지로 직접 사용되면서 피로감(운동·중추신경계)을 줄여준다.

 

류신(Leucine)은 mTOR경로를 활성화시켜 근육단백질 합성을 촉진한다. 운동 중 피로감을 줄여주며, 운동 후에는 근육의 성장·회복·경직·통증에 도움을 준다. 이소류신(Isoleucine)도 근육회복과 단백질 합성을 도우며, 근육에서 에너지로 사용될 수 있다. 특히 헤모글로빈의 형성에도 중요한 역할을 한다. 류신·이소류신은 육류(특히 소·닭)와 생선·계란·유제품·간·콩·견과류에 함유되어 있다.

 

이전 글 <영혼과 맞닿아 있는, 송과체>에서는 트립토판에서 유래된 세로토닌은 송과체에서 멜라토닌으로 전환된다고 언급했다. 성장호르몬이 생성되는 성장기에는 히스티딘이 체내에서 충분히 합성되지 않지만, 성인이 된 이후에는 히스티딘은 비필수아미노산이다. 히스티딘은 염증반응에 필요한 체내에서 생성되는 아민(히스타민)의 전구체로, 히스타민(histamine)은 알러지·면역반응에 관여한다.

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인체가 커버 가능한, 비필수

 

인체에서 충분한 양이 합성되는 비필수아미노산은 다음의 5가지이다.

 

알라닌(Alanine)

아스파르트산(Aspartic Acid)

아스파라긴(Asparagine)

글루탐산(Glutamic Acid)
세린(Serine)

 

이전 글 <프로포폴에 이어 해리성 약물>에서는 글루탐산은 흥분성시냅스에서 이용되는 신경전달물질로, 케타민이 중추신경계의 글루탐산의 수치를 증가시킨다고 언급했었다. 카르노신(carnosine)은 베타알라닌과 히스티딘으로 구성된 디펩타이드 분자로, 근육·뇌 조직에 많이 존재하며 근육 내 항산화 작용을 한다. 조건부 필수 아미노산은 건강한 상태에서는 체내합성량이 충분하지만, 특정한 상황(과한 운동, 성장기·부상·재활 등)에서는 필수아미노산이 될 수 있다. 조건부 필수로 간주되는 아미노산은 다음의 6가지이다. 

 

글리신(Glycine)

프롤린(Proline)

글루타민(Glutamine)

아르기닌(Arginine)

시스테인(Cystine)

티로신(Tyrosine)

아미노산 생성작용

 

모든 아미노산은 해당작용, 구연산 주기 또는 펜토오스 인산염 경로의 중간체로부터 합성된다. 이전 글 <산화가 아닌 발효를 택한, 암세포>에서 해당작용(glycolysis)은 세포질에서 포도당이 2개의 피루브산으로 변환되면서, 2개의 ATP를 만든 것이라고 언급했었다. 해당작용 과정에서는 10가지의 효소촉매반응이 관여하며, 이 과정에서 생성되는 중간체가 아미노산 합성의 시작점이다. 해당작용으로 생성되는 10개의 아미노산은 다음과 같다.

 

3PG(PhosphoGlycerate, 포스포글리세레이트) : 세린·글리신·시스테인

PEP + E4P : 페닐알라닌·타이로신·트립토판

Pyr(Pyruvate, 피루브산) : 발린·알라닌·류신

R5P : 히스티딘

 

피루브산이 미토콘드리아 바탕질에서 아세틸-CoA로 전환되고, 반응성이 높은 아세틸-CoA가 산화되는 과정에서 에너지가 방출된다. 이 과정에서 최초로 생성되는 화합물이 3개의 카복실기를 가지고 있어서 TCA(TriCarboxylic Acid) 사이클이라도 부른다. TCA사이클에서 생성되는 10개의 아미노산은 다음과 같다.

 

알파-KG(케토글루타레이트) : 글루탐산·글루타민·프롤린·아르기닌

OAA(옥살로 아세테이트) : 아스파라트산·아스팔라긴·라이신·메티오닌·트레오닌·이소류신

1806년 프랑스 연구자들이 아스파라거스에서 아스파라긴을 분리했는데, 이는 인류가 최초로 발견한 아미노산이었다. 4년이 지난 1810년 시스틴을 발견된 이후, 여러 아미노산이 동물조직에서 분리되었다. 1902년 아미노산들이 펩타이드 결합으로 연결되어 단백질을 형성한다는 개념이 확립되었다. 1935년 트레오닌이 마지막으로 발견되면서, 20종의 아미노산이 모두 규명되었다. 1950대 들어 아미노산 산업이 본격적으로 성장하기 시작했는데, 일본에서는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)을 활용한 글루탐산(umami 성분)의 대량 발효생산이 가능해진 것이다. 1980년 이후에는 특수 아미노산이 연구·발견되고 있다.