비타민 - 지용성 비타민

◆ 비타민A

"비타민A"는 자연계에서 비타민A 자체로 존재하든지 또는 비타민A 전구체로 존재합니다.

비타민A는 동물성 식품에만 함유되어 있으며, 녹황색의 식물성 식품에는 카로티노이드(carote noids)라고 하는 색소물질들이 들어 있는데 이들은 신체 세포에 의하여 비타민 A로 전환될 수 있는 비타민A 전구체들입니다.

비타민A에는 생체 활성을 갖는 세가지 종류의 물질이 있는데 이들은 레티놀(retinol), 레티날(retinal), 레티노인산(retinoic acid)으로서 이 세가지 형태는 단하나의 작용기만 서로 다를 뿐 동일한 화학구조를 갖고 있습니다.

카로티노이드 색소물질에는 알파-카로틴, 베타-카로틴, 감마-카로틴, 크립토크산틴들이 있는데 이들은 체내에서 흡수될 때 장 점막에서 비타민A로 전환됩니다. 이중에서 가장 흔하게 식품 중에 존재하는 것은 베타-카로틴입니다.

① 흡수
식품 속에 들어있는 비타민A는 주로 레티놀과 지방산의 복합체로서 레티닐 에스테르(retinyl ester)를 이루고 있습니다. 이것은 소장강(Intestinal lumen)에서 췌장과 장내효소에 의해서 분해되고, 레티놀은 장점막 세포로 흡수되어 들어가서 재빨리 에스테르화하여 다시 레티닐 에스테르로 되며, 이 에스테르는 킬로미크론 내의 매우 작은 지방 입자로 들어가서 결국 림프계와 순환계를 통해 간으로 갑니다.
레티놀이 거의 완전히 흡수되는데 반하여 식품 중의 카로티노이드는 약 1/3밖에 흡수되지 않습니다. 일단 베타-카로틴이 소장강으로부터 장점막 세포로 흡수되면 그 중의 약 1/2 이 효소에 의해서 레티날을 거쳐 레티놀로 전환되며 이것도 에스테르화하여 킬로미크론을 형성합니다.

비타민A와 베타-카로틴의 흡수가 잘 일어나려면 소장강내에 지방과 담즙염이 적절하게 들어 있으여 합니다.

담즙의 분비 부족 혹은 기타 다른 지방의 흡수 방해 요인들은 비타민 A와 베타-카로틴의 흡수를 저하시키게 됩니다. 또한 장내에 비타민E와 같은 항산화제가 충분히 존재하면 이들 두 물질이 산화되어 파괴되는 것을 막음으로써 흡수율을 높일 수 있습니다.

② 대사
혈액에 의하여 비타민A가 간으로 운반되면 간은 비타민A를 혈액으로부터 재빨리 제거하여 저장하기도 하고, 빨리 혈액으로 방출하여 혈액 내의 비타민A 수준을 일정하게 유지시키게도 됩니다.

체내에 저장된 비타민A 중 약 90%는 간에 들어 있으며, 나머지가 폐, 피하지방, 신장, 부신에 들어 있고 저장형태는 레티닐 에스테르 입니다.

신체의 다른 부분에서 비타민 A를 필요로 하게 되면 에스테르는 먼저 레티놀로 가수분해하여 두가지의 단백질에 결합되는데, 먼저 RBP(retinol-binding protein)와 결합하고 이어서 프리-알부민(pre-albumin)에 결합됩니다. 이들 두 단백질은 간세포가 합성합니다.

③ 기능
-침침한 광선 중의 시력유지
척추동물 눈의 뒤쪽에 있는 망막에는 빛에 반응하는 두 종류의 세포가 있습니다. 이중에서 간상세포(rods)는 낮은 강도의 빛에 예민하여 침침한 광선 중에서 볼 수 있게 하는 것이며, 원추세포(cones)는 높은 강도의 빛에 예민하여 밝은 광선 중에서 불 수 있게 하면서 동시에 색상을 구분하는 기능을 합니다.

두 종류의 세포들은 모두 레티날과 옴신(opsin)이라고 하는 단백질 분자로 구성된 색소 물질을 함유하고 있습니다.

간상 세포에 들어있는 색소물질은 로돕신(rhodopsin) 또는 시홍(visual purple)이라고 하며, 원추세포에 들어있는 색소물질은 요돕신(iodopsin)또는 시청홍소(visual violet)라고 합니다.

-상피조직의 건강유지
상피조직은 신체의 외부층을 말합니다. 여기에는 피부의 표면층과 소화기관, 호습기관, 생식기관, 내분비기관, 눈 등의 점막 표면층이 포함됩니다.

비타민A는 이들 조직을 유지하는데 필수적으로 요구될 뿐만 아니라 점막세포에 의하여 점액이 정상적으로 분비되도록 합니다. 이 점액은 박테리아나 위산과 같은 해로운 물질이 상피조직으로 침투되어 들어가는 것을 막는 기능을 합니다. 따라서 비타만A가 결핍하면 부드럽고 축축했던 상피세포들은 점차 단단하고 건조한 각화성 조직으로 변하게 되며 각화가 점점 진행되면서 점액과 기타 다른 분비물들의 분비기능이 상실되어 박테리아의 침입을 받기 쉽게 됩니다.

-성장의 뒷받침
비타민A가 결핍한 동물과 성장기 아동들은 제대로 성장하지 못합니다. 그러나 성장을 뒷받침하는데 비타민A가 어떻게 작용하는가에 관하여는 시력과의 관계에서처럼 명확하게 알려져 있지 않습니다. 다만 비타민 A 결핍으로 성장이 멈추는 것은 식욕감퇴가 원인일 수 있다고 생각될 뿐입니다.

성장기 아동에게서 비타민A가 결핍하면 뼈의 성장이 저하되거나 멈출 수 있으며, 이때에 중추신경계의 기계적 손상이 나타날 수 있습니다.
그래서 초래되는 신경 증세가 마비(paralysis)로서 신경의 정상적인 기능이 상실되어 운동능력이 소실되는 증세입니다.

-정상적인 생식기능의 유지
비타민A가 결핍하면 동물의 생식기능이 손상됩니다.
비타민A 결핍은 스테로이드 합성에 필요한 효소를 감소시킴으로써 프로제스테론(progesterone)을 비롯한 성호르몬의 생성을 저하시키는 기능이 있다고 보여집니다. 또한 비타민A 가 결핍하면 생식선(sex glands)의 세포들이 변화하여 부신조직이 쇠퇴되는 경향을 보입니다.

-생체막의구조와 기능 유지
비타민A는 생체막(membrane)조직의 구조와 기능을 조절하는 역할을 합니다.
그 예로서 세포내 리소솜의 막에 비타민 A가 적절하게 함유되어 있으면 이막은 온전하게 유지 됩니다.

리소솜은 세포의 노폐물과 죽은 세포를 파괴시키는 가수분해 효소와 소화 효소를 함유하고 있습니다.
비타민A 결핍상태에서 이 효소들은 리소솜으로부터 새어나오는데 이들은 체세포들을 손상시킬 수도 있습니다.

④ 결핍증
각막 건조증 : 초기에는 야맹증, 비톳점
각막 연화증 : 결막의 건조, 이어서 각막의 건조, 눈의 수분이 상실되어 괴사, 궤양, 천공, 시력 상실

⑤ 중독증
피로, 권태, 두통, 탈모, 근육과 뼈의 통증, 뇌부종, 구토, 피부 건조, 발열, 간의 확대, 빈혈

◆ 비타민D

"비타민 D" 는 두 가지 점에서 다른 비타민과는 구별되는 독특한 면을 보입니다.

첫째, 비타민D는 모든 사람들이 반드시 식사를 통하여 먹어야만 되는 물질이 아니라는 점입니다.
일상생활 가운데 태양광선을 충분히 쬐면 그들의 피부에서 필요한 만큼의 양을 만들 수 있습니다. 이 점에서 비타민D는 비타민의 정의를 벗어난다고 볼 수 있죠.

둘째, 이 비타민은 체내에서 호르몬처럼 작용합니다.
우리가 식품을 통해 섭취하였거나 또는 피부에서 합성된 비타민D는 그대로 기능을 하는 것이 아니라 간, 또는 신장에서 활성 대사물질로 먼저 전환된 다음에야 기능을 할 수 있습니다.

① 흡수
입으로 먹은 비타민D는 소장에서 흡수되어 림프계로 들어갑니다. 지용성 물질이므로 비타민 A와 마찬가지로 흡수를 위하여 담즙이 반드시 있어야 하며, 장내에 지방이 있을 때 흡수가 용이해집니다.

그러므로 지방의 흡수를 방해하는 요인들은 또한 비타민D의 흡수를 방해하게 됩니다.

② 대사
간으로 운반된 비타민D2 와 비타민D3는 여기에서 특별한 효소에 의하여 각각의 활성 형태로 전환되어 25-히드록시 비타민 D(25-OH-VitD)로 전환됩니다. 이것은 다시 특별한 운반 단백질에 의하여 혈액을 타고 운반되어 신장으로 가게 되며, 여기서 또다른 효소에 의하여 히드록시화 반응을 다시 일으켜 1,25-디히드록시 비타민D(1,25-(OH)2-VitD)로 전환됩니다. 실제로 체내에서 비타민 D의 기능을 행하는 물질은 이 두 물질이기 때문에 이 들을 비타민D 의 활성 대사 물질이라고 합니다.

③ 기능
-칼슘과 인산염의 흡수 촉진
비타민D는 장의 상피세포에서 칼슘 이온의 운반에 필요한 단백질(calcium-binding protein, CaBP)의 생합성을 촉진 시키는 것으로 알려져 있으며, CaBP이 많이 형성될 때 칼슘의 흡수는 증가된다고 합니다.

식사를 통해 섭취한 인의 흡수도 비타민D에 의하여 비슷한 양상으로 증가 됩니다.
비타민D의 작용으로 장에서 이들 두 무기질의 흡수가 증가되면 결국 혈청의 칼슘과 인산염의 농도가 높아져서 골격의 정상적인 석회화가 이루어지도록 합니다.

-뼈 흡수의 촉진
비타민D는 골격 칼슘의 방출을 증가시킴으로써 혈청의 칼슘과 동시에 인산염의 농도를 적절한 수준으로 유지시킵니다.

혈청의 칼슘 또한 인산염의 농도가 떨어지게 되며 부갑상선이 반응하여 부갑상선 호르몬(PTH)이 분비 됩니다. 이 호르몬은 신장의 히드록시화 효소를 자극하여 25-OH-비타민D가 1,25-(OH)2-비타민D로 전환되도록 돕는 기능을 합니다. 이러한 방법으로 체내 작용이 가장 강력한 비타민D의 활성 대사물질이 필요한 만큼 만들어짐으로써 골격으로부터 혈액으로 칼슘과 인산염이 방출되는 것을 촉진하며 동시에 장과 신자엥서의 대사 촉진 기능을 행하게 됩니다.

-신장에 의한 칼슘과 인산염의 재흡수 촉진
비타민D는 신장에서 칼슘과 인산염이 재흡수되는 것을 도움으로써 이들을 체내에 보유합니다.
특히 인산염이 소변으로 배설되는 것을 감소시키는 비타민 D의 기능이 중요합니다.

혈액 내에 칼슘과 함께 인산염의 농도가 적절하게 유지되는 일은 골격의 석회화 과정을 위하여 필수 적입니다. 

-비타민D의 전구체와 태양광선
동물조직 내의 대부분의 비타민D는 체표면에 태양광선이 쪼임으로써 생성됩니다. 즉 사람의 피부에는 7-데히드로 콜레스테롤 이라고 하는 스테롤물질이 함유되어 있는데, 여기에 자외선이 닿으면 비타민D3로 전환됩니다. 이때에 비타민D3로 전환시키는 자외선의 효과는 피부에 닿는 자외선의 강도에 따라 달라지게 됩니다. 즉 계절과 거주 위치에 따라 자외선의 강도가 다르며 체모, 창문의 유리 또는 연기, 안개, 먼지 등 대기오염과 입고 있는 의복은 자외선을 흡수해 들입니다.

피부색에 따라서 흑인은 백인에 비하여 자외선의 투과율이 떨어집니다.
태양광선을 얼마나 쬐어야 사람이 하루에 필요로 하는 비타민 D를 합성할 수 있겠는가?
1962년 이것을 실험한 게일러(Gaylor)에 의하면 양 손등을 정오에 햇볕에서 1시간 쪼이면 하루에 필요한 비타민D가 생성된다고 합니다.

④ 결핍증
구루병(유아와 어린이) : 두개골의 연화, 구루성 염주,뼈의 기형, 때때로 테타니(tetany)
골연화증 : 골흡수, 골질의 석회화 부실, 골절이 잘됨

⑤ 중독증
혈액의 칼슘농도 증가, 식욕감퇴, 구역질, 뼈와 연조직의 석회화, 신장 손상, 성장 지연

◆ 비타민K

"비타민K"는 자연계에서 비타민K1과 K2 두 가지 형태로 나타납니다.

그중에서 비타민 K1은 식물에 의해서만 합성되는 것으로서 녹색잎에 함유되어 있고, 비타민 K2는 박테리아에 의하여 합성되는 것으로서 박테리아와 동물에서 나타납니다.

자연계에서 나타나는 이 두 형태의 비타민 K보다 더 활성이 강한 것이 실험실에서 합성된 비타민 K3로서, 이것은 비타민 K2에 비해 2배 이상의 활성을 보입니다.

동물은 체내에서 이 합성형 비타민 K3에 긴 곁사슬을 결합시킴으로써 비타민 K2로 전환시키며, 이때에 비로서 생체내 활성을 갖게 됩니다.

① 흡수와 대사
비타민 K의 흡수는 다른 지용성 비타민들과 거의 같은 양상으로 일어납니다.
소장의 윗부분에서 주로 흡수되어 림프계로 들어갑니다.

자연식품 중에 존재하는 비타민K는 흡수될 때에 담즙을 필요로 하며 지방의 흡수를 방해하는 요인에 의하여 흡수율이 떨어지게 됩니다. 그러나 메나디온과 다른 합성 비타민 K의 염 형태들은 수용성이기 때문에 담즙의 도움 없이 쉽게 흡수되어 직접 혈액으로 들어갑니다. 결국 간으로 운반된 비타민K는 여기서 β지단백과 결합되어 혈액으로 들어가서 운반됩니다.

간의 비타민K 함량은 다른 기관에 비하여 높습니다. 그러나 섭취했을 때 결핍 증세가 빨리 나타납니다.
소량의 비타민 K는 피부, 근육, 신장과 심장 등에서 발견되며 비타민K의 대사산물은 담즙과 소변을 통해 배설됩니다.

② 기능
비타민 K에 관하여서는 해결되지 않은 의문점이 많은데 그러나 한가지 확실하게 알려져 있는 사실은 비타민K가 혈액의 응고를 위하여 필수적인 물질이라는 것입니다.

비타민K는 혈장에 들어 있으면서 혈액 응고에 관여하는 여러 요인들 중에서 프로트롬빈외의 다른 네가지 단백질이 합성될 때 필요합니다. 이 특별한 단백질들은 간에서 불활성 전구체로부터 활성이 있는 혈액 응고 요인으로 전환되는데, 이 전환과정 증에 이들 단백질의 구성성분으로 들어 있는 글루탐산이 카르복실화되어 γ카르복시글루탐산으로 변화하며, 이 반응은 비타민K를 필요로 한다는 것입니다.
혈액 응고과정은 조직의 상처 혹은 혈소판의 변화로 시작해서 피브린의 형성으로 끝나는 복잡한 일련의 반응입니다.
혈액의 응고는 단계적으로 진행되기 때문에 여러 관련 요인들 중에 하나라도 없으면 전체 과정은 진행될 수 없게 됩니다. 이들 네 가지 단백질의 합성이 계속하여 이루어져 혈장의 농도가 알맞게 유지되려면 매일의 비타민K의 공급이 적절해야 합니다.

비타민K의 공급이 충분하지 않으면 하루 이내에 혈장의 프로트롬빈 수준은 저하하게 되며, 이때에 혈액 응고과정이 방해를 받아 혈액 응고가 지연됩니다.

③ 결핍증
신생아 출혈 : 뇌출혈, 출혈 성향 증가

④ 중독증
메나디온(menadione)은 비타민K 활성을 가진 합성물질로서 유아에게서 용혈성 빈혈과 황달을 초래함

◆ 비타민E

자연식품에 들어 있으면서 비타민 E활성을 나타내는 것으로 알려진 물질은 8가지가 있으며, 이들을 모두 묶어서 비타민E라고 부릅니다. 즉 여기에는 α토코페롤, β토코페롤, γ토코페롤, δ토코페롤 등 네 가지의 토코페롤과 α토코트리에놀, β토코트리에놀, γ토코트리에놀, δ토코트리에놀 등의 네 가지의 토코트리에놀이 포함됩니다.
이 8가지의 물질들은 생체활성이 서로 다른데, 이들 중에서 자연계에 가장 많이 분포되어 있으면서 동시에 생체 활성이 가장 큰 물질은 α토코페롤입니다.

비타민E는 화학구조상 매우 빠른 산화를겪게 되어 있습니다. 그러므로 몇 개의 산화될 수 있는 물질이 함께 존재할 때 빠른 산화반응에 의하여 비타민E가 다른 물질보다 먼저 산화됨으로써 다른 물질이 산화되는 것을 막는 역할을 합니다.

① 흡수와 대사
비타민 E의 흡수 과정은 다른 지용성 비타민과 매우 비슷합니다. 이것은 소장에서 흡수될 때 담즙을 필요로하며 림프계를 통하여 혈관계로 들어가게 됩니다. 이때에 섭취량의 50~85%가량이 흡수되지만 지방의 흡수를 방해하는 요인에 의하여, 또는 섭취량이 증가함에 따라 흡수율은 저하됩니다.

비타민E는 혈액에서 지단백에 의하여 운반되는데 혈액에 들어있는 비타민E의 형태는 주로 α토코페롤로서 전체 혈액 토코페롤중의 약 83%를 차지합니다. 그 다음 많이 들어있는 형태는 γ토코페롤입니다.

비타민E는 몸속에 많이 저장되지 않습니다.
주로 지방조직에 저장되지만 약간은 간과 근육조직에도 들어 있으며, 기타 대부분의 기관에서도 발견됩니다.
저장되었던 비타민E는 저장 지방이 가동될 때마다 혈액 속으로 방출되어 들어오게 되며 주요 배설 경로는 대변을 통한 것이며 약간은 소변을 통해서도 배설됩니다.

② 기능
비타민 E가 수많은 대사과정 중에 중요한 역할을 하는 것은 확실하나 인체에서 어떠한 생리기능을 나타내는지에 관하여는 정확하게 밝혀져 있지 않습니다.

인체에서 행하는 생리기능 중에 가장 잘 알려져 있는 것은 항산화제(antioxidant)로서의 기능입니다.
항산화제 이론에 의하면 비타민E는 세포막과 기타 다른 세포안의 작은 구조물, 즉 미토콘드리아, 마이크로솜, 리소솜 등을 둘러싸고 있는 막에 모여 있으면서 막의 주요 구성물질은 인지질이나 콜레스테롤과 접촉하게 된다고 합니다.
이 두 물질들은 모두 고도 불포화지방산들을 함유하고 있는데 비타민 E는 이 산화되기 쉬운 고도 불포화지방산이 자유기(free radical)에 의하여 산화 파괴되는 것을 막는 역할을 합니다.

식품 속에 들어 있는 성분 중에서 산화되기 쉬운 것들은 비타민E에 의하여 보존됩니다.
실제로 식품을 가공할 때에 지방성 식품에 대하여는 비타민E가 첨가되고 있는데, 이것은 식품 성분 중에서 비타민A, 비타민C, 고도 불포화지방산들이 산화 변질되는것을 막는 기능을 합니다.

③ 결핍증
적혈구의 용혈

④ 중독증
두통, 구역질, 피로, 현기증, 흐릿한 시력, 상피조직의 변화, 비타민 K결핍 환자에게서 출혈의 위험을 높임.