단백질 소화와 흡수

1. 소화와 흡수

 식품 중의 단백질은 위액, 췌장액 그리고 소장액의 소화효소에 의해 분해되어 아미노산형태로 소장에서 흡수된다. 소화기관 벽도 단백질로 구성되어 있으므로 원칙적으로는 단백질 소화효소가 소장벽을 분해할 수 있다. 그러므로 음식물이 소화기관내에 없을 때에는 단백질 분해효소들이 저농도로 존재하거나 불활성형으로 존재하여 소화기관의 자가소화를 막아준다. 

① 위에서의 소화

 구강에는 단백질 소화효소가 없어 소화가 이루어지지 않으므로 단백질의 소화는 위부터 시작된다. 위에 음식물이 들어오면 위 근육의 수축으로 기계적 소화가 이루어지고, 호르몬인 가스트린이 분비되어 위 세포에서 불활성형의 단백질 소화효소인 펩시노젠의 분비를 촉진한다. 위액의 염산이 펩시노젠을 활성형 효소인 펩신으로 전환시키면 이 펩신의 작용에 의해 단백질이 펩톤으로 분해된다. 

 

② 소장에서의 소화

 십이지장으로 펩톤이 들어오면 십이지장 벽에서 호르몬 세크레틴과 콜레시스토키닌이 분비되어 약 알칼리성인 췌액분비를 촉진한다. 췌액의 단백질 분해효소인 트립시노젠과 키모트립시노젠은 활성화된 후 단백질을 분해하는데, 소장에서 분비되는 엔테로카이네이즈는 트립시노젠을 트립신으로 활성화하고 트립신은 키모트립시노젠을 활성화하여 키모트립신으로 만든다. 트립신과 키모트립신은 위에서 생성된 펩톤을 더욱 작은 펩티드와 아미노산으로 분해한다. 이외의 단백질 분해효소로 췌장에서 분비되는 카르복시펩티데이즈와 소장에서 분비되는 아미노펩티데이즈가 있는데, 이들은 각각 폴리펩티드 사슬의 카르복실기 말단과 아미노기 말단에 있는 아미노산의 펩티드 결합을 분해하여 아미노산을 하나씩 생성한다. 

 이와 같은 효소들의 작용으로 단백질의 폴리펩티드 사슬은 아미노산 또는 다이펩티드가 되어 점막 세포 내로 흡수된다. 소장 벽 세포 내에는 다이펩티데이즈가 있어서 다이펩티드를 아미노산으로 분해하여 모든 단백질의 소화를 완성시킨다. 

기관	효소			분해 산물
	불활성전구체	활성촉진물질	활성효소
입
위(산)	펩시노젠	위산(HCL)	펩신	펩톤
췌장(알카리)	트립시노젠	엔테로카이네이즈	트립신	작은 펩티드
	키모트립시노젠	활성트립신	키모트립신	작은 펩티드 다이펩티드
	프로카르복시펩티데이즈	활성트립신	카르복시펩티데이즈	아미노산 다이펩티드
소장벽			아미노펩티데이즈	아미노산 다이펩티드
			다이펩티데이즈	아미노산

단백질 소화효소

 

③ 아미노산의 흡수 및 운반

 수용성 영양소인 아미노산은 소장벽에서 단순 확산이나 특이한 운반체를 이용한 능동수송에 의해 소장의 내벽을 통과하여 문맥으로 흡수되어 간으로 이동한다. 간에서는 아미노산 풀을 형성하여 다양한 대사과정이 이루어지며 인체 각 부분에 필요한 아미노산을 이동시키기 위한 준비를 한다. 단백질의 흡수율은 90% 이상으로, 동물성 단백질은 97%, 식물성 단백질은 78~85% 의 흡수율을 보인다. 

 

2. 아미노산과 단백질 대사

① 아미노산 풀

 체내의 아미노산은 여러 경로를 통해서 올 수 있다. 식사를 통해 섭취된 단백질이 소화되어 흡수된 아미노산, 체조직 단백질의 분해로 생성된 아미노산, 체내에서 합성된 아미노산들은 간과 조직에서 아미노산 풀을 이루고 있다가 필요에 따라 여러 용도로 이용된다. 

- 체단백질인 조직 단백질이나 효소, 호르몬 등을 합성한다.

- 포도당이나 생리활성 물질(신경전달물질, 카르니틴, 글루타티온)을 합성한다.

- 사용하고 남은 여분의 아미노산은 체지방으로 전환되어 저장된다.

- 에너지 공급이 불충분할 경우에는 아미노산은 분해되어 탄소골격은 에너지원이 되고 아미노기는 암모니아를 거쳐 간에서 요소를 생성한 다음 소변으로 배설된다. 

 

② 단백질 합성

 체조직의 단백질은 세포핵의 DNA에 간직된 유전정보에 따라 세포질의 리보좀에서 생체의 필요성에 따라 합성이 이루어진다. DNA에 간직된 유전정보(염기배열)는 전령 RNA인 mRNA에 전사되어 단백질 합성 장소인 리보좀으로 전달된다. 전달된 유전 정보에 따라 세포질에 있는 아미노산 풀에서 선택된 아미노산들은 특정한 tRNA와 결합하여 리보좀으로 운반되고 이 아미노산들이 차례로 연결됨으로써 폴리펩티드 사슬을 만들어 단백질을 합성한다. 

 

③ 불필수아미노산의 합성

 인체의 간에서는 탄수화물과 지방의 탄소 골격으로부터 불필수아미노산을 합성한다. 불필수아미노산은 탄소골격인 ⍺-케토산에 다른 아미노산 등으로부터 아미노기 전이반응이나 탈아미노 반응을 통해 생성된 아미노기를 붙임으로써 합성된다. 

아미노기 전이반응

 아미노기 전이반응은 한 아미노산의 아미노기를 케토산으로 전달하여 새로운 불필수아미노산을 형성하는 반응을 말한다. 이때 비타민 B6가 조효소 역할을 한다. 

탈아미노반응

 탈아미노반응은 아미노산의 아미노기가 암모니아 형태로 떨어져 나옴에 따라 아미노기를 잃은 아미노산이 ⍺-케토산이 되는 반응을 말한다. 

 

④ 아미노산의 이화대사

 아미노산에서 탈아미노반응에 의해 아미노기가 떨어져 나온 나머지 탄소 골격 부분은 ⍺-케토산이 되어 탄수화물이나 지방이 분해 되는 경로로 합류하여 이화된다. 

아미노산의 이화대사

 

아미노산 탄소골격의 산화와 이용

탄소 골격인 ⍺-케토산은 특성에 따라 다른 경로를 통해 포도당 또는 지방산 대사에 합류된다. 

- 아세틸 CoA로 전환되거나 TCA 회로의 여러 단계로 들어와서 산화되어 에너지원이 된다.

- 대부분의 아미노산은 간에서 포도당신생합성과정을 거쳐 포도당을 생성한다. 이렇게 포도당을 생성하는 아미노산을 당생성 아미노산이라 한다.

- 아미노산 중 일부는 아세토아세틸 CoA로 전환되거나 아세틸 CoA로 전환되어 케톤체를 생성하거나 지방산을 합성한다. 이러한 아미노산을 케톤생성 아미노산이라 한다. 이 가운데 리산과 루신은 케톤체나 지방산을 합성하는 경로로만 들어가 이용되고 나머지 아미노산은 케톤체나 지방산 합성 외에도 포도당 생성도 가능하다. 

 

아미노기의 활용

 탈아미노반응으로 아미노산에서 떨어져 나온 아미노기는 체내에서 아미노기 전이반응을 통해 다른 아미노산 합성에 이용되거나 요소를 합성하여 신장을 통해 배설된다. 간에서는 아미노기가 탄소골격과 결합하여 불필수아미노산을 생성할 수 있다. 이 과정에서 아미노기 전이효소가 필요하며 비타민 B6의 활성형인 피리독살인산이 조효소로 작용한다. 이렇게 인체에서 합성되는 아미노산은 음식으로 꼭 섭취할 필요가 없으므로 불필수아미노산이라 한다. 

 

요소 합성

 탈아미노반응으로 아미노산으로부터 생성된 아미노기는 암모니아를 생성한다. 암모니아는 인체에 매우 유독하므로 간의 요소회로를 통해 무해한 요소로 전환되어 소변으로 배설된다. 간 기능이 손상되어 암모니아가 요소로 전환되지 못하면 암모니아가 혈중에 축적되어 중추신경계에 장애를 일으켜 간성혼수를 유발할 수 있다. 

 

⑤ 아미노산의 비단백질 생리활성물질의 생성

 아미노산의 일부는 생리활성물질을 합성하는데도 이용된다. 트리토판은 신경전달물질인 세로토닌을 생성하고 티로신은 갑상선 호르몬과 부신수질 호르몬인 카테콜아민(에피네프린과 노르에피네프린)을 생성하여 인체대사를 조절하는 역할을 한다. 

 

※ 생리활성물질의 역할

생리활성물질이란 인체의 건강을 유지하고 질병에 대한 자연적인 방어력을 부여하는 물질을 총칭한다. 

- 카테콜아민 : 부신수질에서 분비되는 호르몬인 카테콜라민은 혈관 수축, 심장 박동 촉진, 혈압상승 효과가 있으며 소화기관의 활동은 억제한다. 

- 글루타티온 : 글루타티온은 혈액으로부터 세포 내로 아미노산을 운반하는 물질로서 인체에 유해한 과산화물질을 제거하기 위한 생체방어 역할을 한다. 

- 타우린 : 시스테인과 메티오닌으로부터 합성되며, 태아의 뇌조직 구성성분, 담즙의 구성성분, 혈구내의 항산화작용 등의 생리기능을 갖는 물질이다. 

- 세로토닌 : 트립토판으로부터 생성되는 신경전달물질로 감정 조절에 관여하여 농도가 낮아지면 우울증이 나타난다.