단백질

단백질
단백질은 신체의 구성기능과 에너지를 내는 기능의 두 가지 면에서는 탄수화물이나 지방과 같습니다. 그러나 단백질은 탄수화물이나 지방 두 영양소와는 달리 신체에서 에너지를 내는데 쓰이지 않습니다.
그 대신에 단백질은 체내에 필수적인 중요한 물질들을 만들거나 운반하고, 또는 외부로부터 이물질과 대항해 싸우기도 하며 나아가서는 뼈, 근육과 연결조직을 이루기도 합니다. 또 혈액을 응고시키는 데에도 여러가지 종류의 단백질이 필요합니다. 영양 학자들이 권장하는 단백질의 섭취량은 총 섭취 열량의 15% 정도로서, 지방의 20%, 탄수화물의 65%와 비교하여 볼 때 적은 양입니다.


단백질의 구조
단백질 분자의 가장 기본적인 조성물은 아미노산(amino acids)으로 아미노산의 구조를 보면 탄소원자 한 개에 아미노기(amino group,-NH2)와 카르복실기(carboxyl group, -COOH)가 붙어 있으며, 여기에 수소와 R기(R group)가 붙어 있는데 R기는 단순히 수소일수도 있고 또는 복잡한 화학구조일 경우도 있습니다. 이 R기는 아미노산의 종류에 따라 달라지며 여기에 무엇이 붙는가에 따라 각각의 아미노산의 성질이나 기능이 달라집니다.

아미노산은 몇가지로 분류될 수 있는데 우선 기능적으로 분류해보면, 신체 내에서 합성이 되지 않거나 소량만 합성되므로 꼭 식사로부터 먹어야 하는 아미노산을 '필수 아미노산(essential amino acids,indispensible amino acids)'라고 하고 신체내에서 충분한 양 합성되는 아미노산을 '불필수 아미노산'으로 분류할 수 있습니다.

성인에게 필요한 필수 아미노산은 이소로이신(isoleucine), 로이신(leucine), 리신(lysine), 메티오닌
(methionine), 페닐알라닌(phenylalanine), 트레오닌(threonine), 트립토판(tryptophan), 발린(valine)과 히스티딘(histidine)등 이며, 이들을 제외한 나머지 아미노산들은 모두 불필수 아미노산입니다. 정상적인 신체에서는 불필수 아미노산으로 분류되는 시스테인과 티로신도 어떤 특이한 체내 상황에서는 인체에 필수적인 것으로 생각될 수 있습니다. 정상적인 신체는 시스테인을 메티오닌으로부터, 그리고 티로신은 페닐알라닌으로부터 합성할 수 있습니다. 이외에도 아미노산은 중성, 산성, 염기성 아미노산으로 분류할 수 있습니다.

필수 아미노산이거나 불필수 아미노산이거나 아미노산은 모두 펩티드 결합(peptide linkage, 혹은 peptidebond)로 결합되어 있습니다. 펩티드 결합이란 한 아미노산에 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기가 물1분자를 내놓으면서 결합한것을 말합니다. 대부분의 단백질들은 적어도 500개 이상 수백, 수천개의 아미노산으로 구성되어 있으므로 '폴리펩티드(polypeptide)'라고 부릅니다.

폴리펩티드 사슬은 자연적으로 나선구조를 만드는데, 이 나선구조는 아주 복잡한 구조로까지 되며, 따라서 단백질의 구조를 몇 단계로 나누어 설명해 볼 수 있습니다.

단백질의 1차 구조(primary structure)는 아미노산이 펩티드 결합으로 배열되어 폴리펩티드 사슬을 이루는 것과 S-S결합(disulfide bonds)의 유무에 따라 결정됩니다.

아미노산의 배열은 각각의 단백질마다 매우 독특합니다. 즉 헤모글로빈(hemoglobin), 콜라겐(collagen) 및 수백 가지의 효소 등 각각의 단백질들은 모두 그 단백질의 독특하고도 고유한 아미노산 배열이 있습니다. 즉 15개에서 20개까지의 각종 아미노산들을 여러가지 순서로 배열하여 단백질을 만드는데, 화학적으로 보아 단백질로서 의미가 있는 것은 아미노산 50개 이상부터입니다.


단백질의 분류
◆ 완전 단백질과 불완전 단백질
① 완전 단백질
완전 단백질(complete protein)은 생명체의 성장과 유지에 필요한 필수 아미노산을 모두, 그리고 충분한 양 가지고 있는 단백질로서 젤라틴(gelatin)을 제외한 대부분의 동물성 단백질이 여기에 속합니다.
즉, 육류, 가금류, 달걀, 우유 및 생선등이 이에 속합니다.

② 부분적 완전 단백질
부분적 완전 단백질(partially complete protein)은 필수 아미노산을 모두 가지고는 있으나 그 양이 충분치가 않거나 각 필수 아미노산들이 균형있게 들어있지 않은 단백질을 말하며, 이런 단백질로 동물을 사육할 경우 생명 유지는 되나 성장은 되지 않습니다. 이 범주에 속하는 단백질로는 견과류 및 대두 단백질이 있습니다.

③ 불완전 단백질
불완전 단백질(incomplete protein)이란 생명을 유지하거나 어린이들이 성장하기에 충분한 양의 필수 아미노산을 갖고 있지 못한 단백질을 말하며, 젤라틴이나 곡류 단백 및 대두를 제외한 두류 단백질 등이 여기에 속합니다. 불완전 단백질을 섭취해서는 동물의 성장과 유지가 어렵습니다.

④ 제한 아미노산
식품 중에 있는 필수 아미노산 중 인체에서 요구되는 양에 비해서 제일 적게 들어있는 필수 아미노산을 '제한 아미노산(limiting amino acids)'이라고 하며 단백질의 조율마다 제한 아미노산은 달라집니다.
제한 아미노산 중에 가장 부족한 것을 '제1 제한 아미노산', 두번째로 부족한 것을 '제 2 제한 아미노산'이라고 부릅니다.

◆ 단순 단백질과 복합 단백질
단백질은 분자구조에 따라서 분류할 수 있습니다. 오직 아미노산만을 가지고 있는 단백질을 '단순 단백질(simple proteins)'이라고 부릅니다. 단순 단백질이라고 해도 단백질들이 가지고 있는 아미노산의 종류와 수는 다 다르며, 따라서 분자량도 큰 차이가 있습니다. 이에 비해, 많은 단백질 분자들은 아미노산 외의 다른 물질들을 함께 가지고 있습니다. 이를 '복합 단백질(conjugated proteins)'이라고 합니다. 복합 단백질의 대표적인 예로는 핵단백질(nucleoproteins)을 들 수 있으며, 이는 핵산과 아미노산의 화합물입니다.

지단백(lipoprotein)도 역시 복합 단백질이며 헤모글로빈도 복합 단백질의 일종으로 단백질과 금속을 가진 색소(heme)의 결합입니다.
또 단백질에 탄수화물이 결합되어 당단백질(glycoproteins)이란 복합 단백질을 이룹니다.


단백질의 기능
단백질은 신체 내 모든 세포에서 발견되며 신체조직의 성장과 유지에 매우 중요합니다.
식사로부터 섭취한 단백질이 충분해야만 임신이나 성장기 동안 정상적인 성장이 이루어 집니다. 특별히 생의 전 시기 중 단백질이 많이 요구되는 중요한 때인 임신기, 수유기 및 성장기 어린이에게 단백질의 섭취가 부족할 경우 성장이 정상 속도보다 느려지며 심하면 성장이 정지되는 수도 있습니다.
단백질은 머리카락이나 손톱, 발톱의 성장, 그리고 피부를 위해서도 필요하며 뼈와 결합조직, 그리고 혈액의 유지를 위해서도 필요합니다.

◆ 호르몬, 효소와 항체의 형성
신체는 단백질로 된 몇 가지의 조절물질들을 갖고 있습니다.
이들은 식사로 섭취한 단백질이 소화, 흡수되어 생긴 아미노산들로부터 새로이 합성되는 단백질로서 호르몬,효소, 그리고 항체와 같은 것들입니다. 갑상선 호르몬, 인슐린, 아드레날린과 같은 것들이 호르몬들이며, 이들은 여러가지 기본적인 신체대사과정을 조절합니다. 탄수화물이나 지방, 그리고 단백질의 소화와 대사에 필요한 효소들도 식사로부터의 단백질로 만들어 집니다.
항체는 병원균이나 세균성 이물질 등 여러가지의 항원(antigens)이 체내에 들어왔을 때 이들로부터 신체를 방어해 주기 위한 목적으로 만들어지는 단백질입니다.
항원에 대한 항체의 방어 작용을 면역(immunity)이라고 말하며, 식이 단백질이 부족하면 체내에서 항체가 잘 안만들어져서 감염성 질환에 잘 걸리게 됩니다.

◆ 체액의 균형
세포 내외의 체액은 여러가지 요인에 의해 영향을 받는데 그중 중요한 것이 단백질입니다. 단백질은 대부분 그 분자가 매우 크므로 반투과성 세포막을 통해 확산되지 않습니다.
대신에 단백질은 삼투압에 영향을 주어 세포막을 통한 액체의 이동에 관여합니다.
혈액내 단백질의 농도가 정상이면 이에 따라 체액의 양도 정상이나 단백질의 섭취가 낮으면 혈장 단백질 농도가 낮아지고 혈액 내의 물은 조직액 속으로 이동합니다. 그 결과 몸에는 조직에 액체가 쌓여서 일어나는 영양송 부종(nutritional edema)이 나타나게 됩니다.

◆ 산. 염기의 균형
항상성유지(homeostasis).
단백질은 신체 내에서 산과 염기의 양쪽의 역할을 다 할 수 있는 능력이 있으므로 신체내 정상적인 약알칼리성 상태를 유지시키는데 공헌합니다.
체액이 염기성 쪽으로 치우칠 때는 단백질이 산의 역할을 하여 염기성 반응을 중화시키고 반대로 체액이 산성으로 기울게 되면 단백질은 염기의 역할로써 신체조직 내의 산, 염기 균형을 정상적으로 유지시켜 줍니다 .

◆ 영양소의 운반
단백질은 다른 영양소들과 결합하여 영양소들이 세포내 필요로 하는 곳까지 운반되도록 도와줍니다.
즉 지단백을 형성하여 지방이 혈액 내에서 운반될 수 있도록 해준다든가 흡수된 철분이 단백질인 트란스페린(transferrin)과 결합하여 혈액 내에서 운반되도록 합니다. 이렇게 운반을 도와주는 단백질의 기능이 없다면 위와 같은 몇몇 영양소는 세포로까지 운반되지 못합니다.

◆ 에너지의 급원


단백질의 변성,소화와 흡수
◆ 단백질의 변성
변성(denaturation)이라 함은 자연상태의 단백질이 그의 특유한 기능적 형태를 잃고 변화하는 것을 말하는데 열,강산, 강염기, 알콜, 자외선, 혹은 은, 수은, 납과 같은 중금속에 의해 가능합니다. 단백질의 변성 결과 단백질은 그의 독특한 기능적인 능력을 잃게 되고 따라서 대부분의 경우, 사람들이 단백질로 된 효소나 호르몬을 섭취한다 해도 그것이 위 속에서 변성과 소화가 일어나므로 체내에서는 처음 상태 그래도 존재하지 않게 됩니다.

◆ 단백질의 소화
단백질의 소화는 소화가 일어나는 소화기관조차도 단백질이므로 대단히 복잡합니다. 단백질이 소화될 때는 두 가지 형태의 단백질 분해효소가 작용하는데 한 가지 형태는 프로테이나제(proteinase)로서 특별히 단백질 내부 결합을 끊어 프로테오스(proteose), 펩톤(peptones), 디펩티드 같은 짧은 사슬을 가진 물질들을 많이 만듭니다. 프로테이나제에는 펩신, 트립신, 키모트립신 등이 있으며, 이들은 각각 불활성 형태의 효소원인 펩시노겐, 트립시노겐, 키모트립시노겐으로부터 활성화 되고, 다른 한가지 형태는 펩티다제 (peptidase)로 한쪽 끝의 펩티드 결합부터 끊기 시작하여 한 번에 아미노산 한개씩을 끊어냅니다. 펩티다제에는 카르복시펩티다제, 아미노펩티다제, 그리고 디펩티다제등이 있습니다.

◆ 단백질의 흡수
펩신에 의해 위에서 분해된 아미노산은 위에서도 흡수될 수 있으나 대부분의 아미노산은 작은 창자 벽을 통하여 흡수됩니다. 아미노산의 흡수는 단당의 흡수와 흡사합니다. 아미노산이나 단당은 모두 수용성이므로 단순 확산이나 또는 능동적 운반을 통해 작은 창자의 내벽 세포막을 건너 흡수되고 흡수된 후에는 문맥을 거쳐 간으로 모이게 되며 간에서는 체내 다른 곳에서 쓰일 때까지 아미노산 풀(amino acid pool)을 형성하고 있습니다.