단백질

단백질이란?

단백질은 그리스어의 ‘pros’ 로 ‘가장 중요한’을 뜻합니다.

신체의 16%를 구성하고 있습니다.  이는 수분 다음으로 가장 많은 수치입니다.

탄수화물, 지질과 달리 ‘질소’와 ‘황’을 함유하고 있습니다.

단백질은 신체구성 뿐만 아니라 생명 유지를 위한 다양한 기능 수행합니다.

체내에는 약 40여종의 아미노산이 발견되었습니다.

이중 20여종은 유리 또는 다른 물질과 결합되어 중요한 생리적 가능을 담당합니다.

체내 단백질 합성에는 20여종의 아미노산이 관여합니다.

아미노산 조합에 따라 무수히 많은 종류의 단백질을 합성합니다.

 

 

아미노산이란?

아미노산은 단백질 구성의 기본단위를 말합니다.

아미노산은 체내 40여종의 아미노산이 있으나 20개만 단백질 합성에 이용됩니다.

이때 수십개에서 수천 개의 아미노산이 펩티드 결합에 의하여 다양한 단백질이 합성되게 됩니다.

 

필수아미노산과 불필수아미노산

아미노산은 크게 필수아미노산과 불필수아미노산으로 구분됩니다.

우선 필수아미노산은 체내에서 합성될 수 없는 아미노산을 필수아미노산이라고 불립니다.

체내에는 약 20여종의 아미노산 중 9개의 아미노산이 필수아미노산입니다.

이때 필수아미노산 부족하게 되면 단백질 합성이 원활하게 일어나지 못하게 됩니다.

필수아미노산은 반드시 식사를 통해 섭취해야만 하기 때문에 지속적인 공급이 필요합니다.

 

이에 반해 비필수아미노산은 체내의 질소를 이용하여 쉽게 합성될 수 있는 아미노산입니다.

즉 체외에서 식품 섭취를 통하지 않아도 만들어낼 수 있는 아미노산입니다.

추가적으로 조건적 필수아미노산이 있습니다.

이 아미노산은 특정한 생리적 상태에서 합성되는 양이 부족하여 식사로 섭취해야 하는 아미노산입니다.

 

 

단백질의 분류

단백질의 분류는 크게 네가지로 분류될 수 있습니다.

첫째, 단백질은 조성에 따라 분류됩니다.

단순단백질은 순수 아미노산으로만 구성되어 있습니다.

예로는 알부민 글로블린, 히스톤, 콜라겐 등이 포함됩니다.

둘째, 복합단백질은 아미노산 이외에 다른 화학성분이 결합된 단백질입니다.

이 단백질은 당단백질, 지단백질, 인단백질, 색소단백질, 금속단백질등이 포함됩니다.

 

둘째, 단백질은 구조에 따라 분류됩니다.

섬유상단백질은 긴 섬유상의 폴리펩타드결합이 일정 방형으로 규칙적으로 배열되어 있습니다.

예로는 콜라겐, 케라틴, 엘라스틴, 피브리노겐, 미오신 등이 포함됩니다.

구상단백질은 폴리펜타이드 사슬이 구부러지고 휘어져 구형을 이룬 단백질입니다.

예로는 일부민, 글로블린, 글리아딘, 히스톤, 프로타민이 포함됩니다.

 

셋째, 단백질은 생리적 기능에 따라 분류됩니다.

단백질은 효소를 구성하는 물질로 약 3,000여개 정도가 있으며 생체 내 대사 촉매 등의 기능을 담당합니다.

단백질은 호르몬을 구성하는 물질이기도 합니다.  호르몬의 종류로는 글루카곤, 인슐린, 성징호르몬이 있으며 생체 내 대사조절 기능을 담당합니다.

운반 단백질에는 헤모글로빈, 알부민, 지단백질, 철결합단백질, 레틴올결합단백질, 칼슘결합단백질 등이 포함됩니다. 주요 기능으로는 물질이동 및 운반에 관여를 합니다.

생체보호 단백질에는 면역글로블린, 항체, 피브리노겐, 트롬빈, 액틴, 미오신 등이 포함됩니다. 그리고 기능으로 면역, 혈액응고, 근육활동이 포함됩니다.

단백질은 구조단백질로도 기능을 제공합니다. 주요 기능으로 근육과 연골의 결체조직, 인대와 피부형성, 손톱, 모발형성, 점액분비, 세포막 구성에 관여합니다.

대표적인 구조단백질은 콜라겐, 엘라스틴, 케라틴, 점액단백질, 세포막단백질이 포함됩니다.

 

넷째, 단백질은 영양학적 기능에 따라 분류됩니다.

완전단백질은 모든 필수아미노산이 적합한 비율로 함유되어 있는 단백질입니다.

주요 비율로는 필수아미노산이 33%, 불필수아미노산이 66%으로 이루어져 있습니다.

완전단백질은 주로 동물성 단백질로 이루어져있으며 달걀의 알부민과 글로블린, 우유의 카제인 등이 포함됩니다.

 

부분적 불완전 단백질은 필수아미노산이 있지만 함량이 부족한 단백질입니다.

아울러 이 단백질은 생명은 유지하나 성장을 돕지 못합니다.

주요 단백질로 콩을 제외한 식물성 단백질 , 밀의 글리아딘, 쌀의 오리제닌이 포함됩니다.

 

불완전 단백질은 하나 또는 그 이상의 필수아미노산이 결여된 단백질입니다.

불완전 단백질은 아미노산의 약 25%가 필수아미노산입니다.

주요 기능으로 아미노산 보강을 통해 단백질의 질 향상을 가능케 하며, 대부분 식물성 단백질로 구성되어 있습니다.

 

 

단백질의 소화과정

단백질의 소화는 위에서 분비된 펩신에 의해 시작됩니다.

우선 위에 음식물이 들어오면 가스트린이 분비되고 위산분비 촉진되게 됩니다.

단백질 소화를 위해 펩신이 분비되게 됩니다.

이 펩신은 전구체인 펩시노겐으로 분비되게 되며 위액의 HCl에 의해 활성화되게 됩니다.

펩신은 단백질을 작은 아미노산 단위인 펩톤으로 분해하는 역할을 합니다.

 

소장에서는 췌장효소와 소장에서 분비된 효소가 작용을 합니다.

췌장에서는 콜레시스토키닌의 자극을 받아 트립신, 키모트립신, 카르복시펩티다아제

분비되게 됩니다.

소장벽에서는 아미노펩티다아제와 디펩티다아제 분비되게 됩니다.

이들 분해효소들에 의해 최종적으로 아미노산으로 분해하게 됩니다.

 

단백질 흡수와 운반

소장상피세포에는 아미노산 특성에 따라 아미노산 운반체가 존재합니다.

이 아미노산 운반체는 아미노산을 능동적 수송에 의해 소장점막 세포 내로 이동하게 됩니다.

이때 디펩티드도 흡수가 될수 있습니다. 하지만 장점막 세포내에서 펩티다아제에 의해 아미노산으로 분해가 되게 됩니다.

분해가 된 아미노산은 간문맥을 통하여 간으로 이동하게 됩니다.

 

단백질 기능

단백질은 다양한 기능을 제공합니다.

첫째, 단백질은 신체구성성분으로서 체구성에 중요한 역할을 합니다.

단백질은 성장, 발육기 유아와 아동, 청소년, 임신 수유부의 필요량이 더 증가합니다.

단백질은 근육의 수축단백질을 구성하게 되는데 크게 액틴과 미오신으로 나뉘게 됩니다.

아울러 단백질은 섬유상 단백질을 구성합니다. 예로는 콜라겐, 엘라스틴, 케라틴이 있습니다.

 

둘째, 단백질은 생체반응조절에 관여합니다.

이 기능은 체내 모든 생체 반응을 진행시키는 효소와 호르몬 을 합성합니다.

아울러 소화, 에너지생성, 혈액응고, 신경과 근육의 수축과 이완에 관여합니다.

 

셋째, 단백질은 영양소운반에 관여합니다.

단백질은 혈액에서 특정 영양소나 물질을 조직으로 운반하는 운반단백질을 만들어냅니다.

운반단백질의 예로는 알부민, 헤모글로빈, 셀룰로플라스민, 트랜스페린, 레틴올결합단백질이 포함됩니다.

 

 

 

넷째, 단백질은 면역에 큰 기능을 담당합니다.

단백질이 있어야만 체내에서 세균 및 바이러스와 결합하여 불활성화시킬 수 있는 물질을합성합니다.

예로는 면역글로블린, 항체 등이 포함됩니다.

 

다섯째, 단백질은 산 염기 평형에 관여합니다.

단백질은 산 염기 평형 및 일정한 범위에서 pH를 유지하여 체액의 pH유지하는데 중요한 역할을 합니다.

예로는 아미노기(염기성), 카르복시기(산성)를 가진 양성물질, (혈액단백질)등이 있습니다.

 

여섯번째, 단백질은 체액 균형 유지에 관여합니다.

단백질은 세포내액과 세포외액, 세포간질액의 체액량을 조절 (삼투압조절)에 관여합니다.

대표적인 단백질로 알부민이 있습니다. 이 알부민 합성이 감소하면 세포간질액의 체액량 증가, 부종을 일으킬 수가 있습니다.

 

단백질 교체

체내 단백질은 끊임없이 분해와 재합성을 합니다. 이때 단백질 교체가 일어납니다.

이 과정은 세포의 성장과 유지를 위해 매우 중요합니다.

세포마다 세포의 단백질 교체주기(반감기)는 다릅니다.

전체적인 단백질 교체율은 하루 1일 당 250 ~300g 정도입니다.

분해된 단백질의 5/6은 다시 재활용되어 소변 배설량은 적습니다.

총 단백질 교체율 중 식사 단백질로 교체되는 양은 1/6 정도입니다.

 

단백질 섭취량이 감소하면 교체율이 감소하고, 근육단백질이 분해됩니다. 근육단백질이 분해되면 뼈를 지지하는 힘이 줄어들기 때문에 근육단백질이 부족하지 않도록 지속적으로 공급해주는게 굉장히 중요합니다.

단백질의 교체율은 기초대사가 클수록 교체율이 높습니다. 이는 어린이, 성인, 노인 순으로 기초대사량이 높기 때문에 단백질 교체율 또한 어린이가 가장 높고 나이가 들어갈 수록 줄어 들게 됩니다.

 

신체단백질 반감기

신체 단백질마다 각기 다른 반감기를 가지고 있습니다.

골격근의 반감기는 50~60일입니다.

심장근, 트랜스페린은 8.5~11일입니다.

피브리노겐, 평활근, 면역글로블린은 4~5일입니다.

프리알부민은 1.9일입니다.

간 효소, 레틴옥결합단백질은 6~14시간입니다.

위와 같이 체내 단백질의 반감기는 모두 다르며 교체율에 영향을 주는 요인들은 다음과 같습니다.

단백질 및 에너지 영양상태, 인슐린 등의 호르몬, 나이, 운동량, 상해, 질병, 스트레스, 기초대사량 등이 있습니다.

 

단백질 평가

단백질의 합성을 위해서는 단백질 섭취량 뿐만 아니라 질이 중요합니다. 따라서 얼마나 많은 양을 먹는가에 대한 사항과 더불어 질적인 면에서도 고려를 해야 합니다.

단백질의 질은 필수아미노산이 골고루 충분히 함유되어 있는가가 중요합니다.

다시 말해서 만약 어느 한 가지 아미노산이 부족하더라도 단백질합성이 제한될 수 있습니다.

단백질 질 평가법은 크게 생물학적인 방법과 화학적인 방법이 있습니다.

 

생물학적 평가법에는 단백질 효율비 (Protein efficiency ratio, PER)를 사용할 수가 있습니다.

단백질 섭취량에 대한 체중 증가량의 비율로 측정합니다.

이때 동물의 식이단백질을 10% 공급하고 4주간 후 측정하게 됩니다.

이 생물학적 평가법은 간편하여 널리 이용되게 되는데

체중 증가만을 고려하여 체중증가에 따른 체조직 구성을 간과할 수가 있습니다.

 

화학적 평가법에는 아미노산가(Amino acid score)를 사용할 수 있습니다.

식품 단백질과 기준 단백질 1g에 들어있는 필수아미노산의 양의 비율을 확인합니다.

이 때 가장 적은 비율로 들어 있는 아미노산이 제 1 제한 아미노산입니다.

기준단백질은 WHO 에서 정한 인체에 필요한 필수아미노산 양을 기준으로 계산 할 수 있습니다.

아미노산가 = (식품 단백질 1g 에 들어있는 제 1 제한 아미노산 양(mg))/( WHO/FAO의 기준 아미노산 중 제 1 제한 아미노산 양 (mg))*100