제 4 장 단백질

단백질과 아미노산단백질과 아미노산 단백질이란 ? - 구성 원소 : 탄소 (C), 수소 (H), 산소 (O), 질소 (N)

- 단백질 분자의 질소함량 (12~19%, 평균 16%) (∴) 어떤 단백질의 질소량 x 100/16(6.25) = 단백질량 * 6.25 를 질소계수라고 한다 .

체내 기능 - 신체 구성 - 에너지 발생 - 체내 필수 물질 합성 , 운반체 역할 권장 섭취량 : 총 섭취 에너지의 7~20% 부족증 - 면역능력 저하 - 감염성 질병 발생율 증가 - 사망

아미노산의 구조아미노산의 구조

아미노산 (amino acid) : 단백질 분자의 가장 기본적인 조성물질

구조 : 탄소원자 한 개에 아미노기 (amino group, -NH2), 카르복실기 (carboxyl group, -COOH), 수소 , R 기 (R group) 연결

R 기 (residual group): 아미노산의 종류에 따라 달라지며 , R 기가 무엇인가에 따라서 각 아미노산의 성질이나 기능이 달라짐

아미노산의 분류아미노산의 분류 식품 중에 존재하는 아미노산의 종류 : 20 가지 중성 /산성 /염기성 아미노산

기본적으로는 중성 곁가지 R 기에 아미노기가 더 첨가되면 염기성 아미노산

R 기에 카르복실기가 더 첨가되면 산성 아미노산

필수아미노산 /불필수아미노산 체내에서 합성되지 않거나 소량만 합성되어 식사로부터 먹어야

하는 아미노산 필수아미노산 (essential amino acid; EAA)

신체 내에서 충분한 양 합성 불필수아미노산 (nonessential

amino acid; NEAA)

( 불필수아미노산도 체내에서의 중요성은 동일하다 .)

단백질의 구조단백질의 구조

펩티드 결합 (peptide bond) :

* 단백질을 구성하는 모든 아미노산들의 연결방식 * 한 아미노산의 카르복실기와 다른 아미노산의 아미노기가 물 1 분자를 내 놓으면서 결합 * 연결된 아미노산의 수에 따라 dipeptide, tripeptide, polypeptide 로 명명 * 대부분의 단백질은 polypeptide 임

단백질의 단백질의 11 차차 , 2, 2 차차 , 3, 3 차 구조차 구조

1 차 구조 :

- 펩티드 결합에 의한 폴리펩티드 사슬 2 차 구조 :

- 안정한 나선형 구조 (α-helix 구조라고 함 )

- 폴리펩티드 사슬에 있는 각 아미노산들 간의 수소결합 , N-H 결합 3 차 구조 :

- 3 차원적 입체구조 ; 섬유형 단백질 / 구형 단백질

- 소수성상호작용 , 정전기적 상호작용 , 수소결합 , 공유결합 4 차 구조 :

- 각 폴리펩타이드는 소단위 (oligomer) 를 구성 단위체 (protomer) 구성

단백질 구조상의 변화 질병 초래 ( 예 ) 겸상적혈구 빈혈 (sickle-cell anemia) 헤모글로빈 단백질 합성 오류

단백질의 변성단백질의 변성

변성 조건 : 가열 , 산 , 자외선 , 알코올 , 기계적 작용 등 변성 내용 : 단백질 분자의 구조적인 배열 , 즉 수소결합 , S-S 결합 등이

깨짐 초래되는 결과 :

- 자연상태의 단백질이 특유한 기능적 형태 상실 - 체내에서는 단백질 고유의 생리적 기능 상실 변성의 예 : 달걀 흰자위 가열 시 알부민 단백질 변성 변성의 이용 - 위산에 의한 식품 단백질 변성 소화 용이 - 조리 시 가열에 의한 식품 단백질 변성 소화 용이 - 단백질로 된 효소나 호르몬 위산에 의한 변성과 소화에 의해 기능 상실

단백질의 변성단백질의 변성

단백질의 생리적 기능단백질의 생리적 기능

1. 구조적 , 기계적 기능 : 새로운 조직의 합성과 보수

2. 면역기능3. 호르몬 , 효소와 항체의 형성4. 산 · 염기 균형5. 영양소의 운반6. 체액의 균형 유지7. 에너지의 급원 및 당 신생 합성

단백질의 생리적 기능단백질의 생리적 기능

1. 구조적 , 기계적 기능 : 새로운 조직의 합성과 보수단백질은 신체 모든 조직의 기본적인 구성성분 (∴) 모든 신체조직의 성장 , 유지 및 보수에 필요( 예 ) 근육조직 , 머리카락 , 손톱 , 발톱 , 피부 , 뼈와 결합조직 , 혈액 등

2. 면역기능 : 항원에 대한 항체의 방어작용 항체 : 병원균이나 바이러스 등 항원이 체내에 들어 왔을 때 방어해 주는

단백질

3. 호르몬 , 효소 합성 호르몬 , 효소 , 항체의 구성성분은 단백질 식이 단백질이 부족하면 ,

- 효소나 호르몬의 합성이 충분치 않아 뇌와 같은 곳이 크게 손상 - 항체가 만들어지지 않아 감염성 질병에 쉽게 걸림

4. 산 · 염기 균형 단백질은 신체 내에서 산과 염기 양쪽의 역할을 다 할 수 있으므로

신체의 정상적인 약알칼리성 상태 (pH 7.4) 유지에 기여 산 · 알칼리 균형 유지 방법 :

* 체액이 염기성 쪽으로 기울면 단백질이 산의 역할 ,

즉 카르복실기 (-COOH) 가 산기 (-COO-) 가 되면서 중화

* 체액이 산성 쪽으로 기울면 단백질이 염기의 역할 ,

즉 아미노기 (-NH2) 가 염기성기 (-NH3+) 가 되면서 중화

5. 운반기능 단백질은 여러 영양소들과 결합 , 혈액을 통한 운반체 기능 수행 - 지단백 (lipoprotein) : 지방을 수용성인 혈액 내에서 운반 - 트랜스페린 (transferrin) : 혈액을 통한 철분 운반 단백질

6. 체액의 균형 유지 세포내외의 체액은 여러요인에 의해 영향을 받는데 특히

중요한것은 단백질 , 혈액단백질은 체액의 수준을 적절히 유지함 .

단백질 섭취 부족 시 영양성 부종 (nutritional edema) 발생

단백질 섭취 부족으로 혈장 단백질 농도가 낮아지면 혈액 내의 물이 조직액 속으로 이동

조직에 액체가 쌓여서 부종 발생

7. 에너지의 급원 - 1g 당 4kcal 의 열량 발생

- 탄수화물 공급이 부족하면 단백질이 분해되어 포도당 신생 합성 에너지 발생과정이 탄수화물이나 지방 보다 비효율적 , 생리적 관점에서 비싼 에너지원

(∴) 단백질은 에너지원보다 단백질만이 할 수 있는 여러 다른 기능을 수행하는 것이 바람직

단백질의 소화와 흡수 단백질의 소화와 흡수 ; ; 아미노산으로 분해되어야 흡수아미노산으로 분해되어야 흡수 소화과정의 두 단계 :

1) 단백질 특유의 기능적인 형태를 잃고 긴 사슬로 풀리는 변성과정 2) 단백질 분해효소에 의한 펩티드 결합의 가수분해 과정

입과 위에서의 소화 입 : 물리적 소화작용 위 : 펩신 단백질을 폴리펩티드로 분해

소장에서의 소화 유미즙 (chyme: 영양소 , 물 , 위산 , 소화액이 섞인 죽 상태 ) 이 십이지장에 도달

췌장액 중의 중탄산이온 (HCO3-) 에 의해 유미즙 중화 (pH 2~3 5~7)

췌장액 중의 트립신 , 키모트립신 , 카르복시펩티데이즈 폴리펩티드 작은 펩티드 , 다이펩티드 , 아미노산으로 분해

소장액 중의 아미노펩티데이즈 , 다이펩티데이즈 폴리펩티드 , 다이펩티드 아미노산 ( 최종 ) 으로 분해

단백질의 소화효소단백질의 소화효소

아미노산과 펩타이드의 흡수아미노산과 펩타이드의 흡수

흡수 형태 : 대부분 아미노산 흡수 장소 : 대부분 소장벽을 통하여 흡수 흡수 기전 : 단순확산 또는 능동적 운반 - 능동적 운반이 일어나려면 에너지가 필요함 - 흡수 시 아미노산들은 그 구조와 성질에 따라 각각 특이한 운반체를 요구 - 서로 비슷한 화학 구조와 성질을 가진 아미노산들은 운반체 효소를 공유 (∴) 흡수 시 서로 경쟁 단백질 흡수와 알레르기 반응 : 식품 내 단백질 ( 밀가루의 글루텐 ,

달걀이나 우유 단백질 등 ) 이 그대로 , 또는 충분히 소화되지 않은

채 흡수될 때 나타나는 면역반응 이상

신체내 단백질신체내 단백질

1. 단백질 합성 장소 : 세포 내 리보좀 (ribosome) 합성을 지시하는 유전정보 : DNA(deoxyribonucleic acid)

- 세포의 핵 속에 존재하는 핵산물질 - 유전정보에 따라 아미노산 배열 , 단백질 합성 합성 조건 :

- 합성에 필요한 모든 아미노산들의 완벽한 공급 필요 - 유전정보에 의해 지시되는 모든 아미노산들이 체내 아미노산 풀로부터 동시에 , 충분한 양 공급 필요

1) 유전적 아미노산 배열순서

2) 영양소와 유전자 발현

2. 2. 아미노산 풀아미노산 풀 (amino(amino acid pool)acid pool) 과 단백질 과 단백질 대사회전대사회전

정의 : 단백질 합성과 체내 아미노산의 다른 필요를 위해 마련되어

있는 아미노산들의 단기집합체 장소 : 간 , 순환 혈액 , 근육 , 체내 각 세포 등 급원 :

1) 식이 중의 단백질 2) 신체 단백질의 분해 용도 :

1) 새로운 단백질 ( 신체 구성성분 , 효소 , 호르몬 , 항체 등 ) 합성

2) 탄소 골격을 이용한 지방과 포도당 합성 3) 탄소골격을 이용한 에너지 생산

아미노산 풀을 중심으로 본 아미노산 대사아미노산 풀을 중심으로 본 아미노산 대사

3. 3. 비단백성 분자의 합성비단백성 분자의 합성

아미노산 DNA, RNA 의 전구체 , 조효소 트립토판 나이아신 , 세러토닌 합성 티로신 에피네프린 , 노르에피네프린 티로신 멜라닌 , 감상선호르몬 글리신 독성물질과 결합 체외로 배출 히스티딘 히스타민 합성 알레르기 반응 유발

4.4. 아미노산의 분해와 질소 분해아미노산의 분해와 질소 분해

아미노산의 분해 ( 이화과정 ) :

탈아미노 반응 케토산 , 아미노기 (-NH2) 생성

1) 케토산 :

- 탄수화물이나 지방의 이화과정에 합류 , 에너지 생성 - 당 , 지질 합성 2) 아미노기 암모니아로 전환 ( 유독 )

3) 요소회로 (Urea Cycle) 를 통해 요소 ( 유독하지 않음 ) 생성

4) 요소 신장을 통해 배설

5. 5. 질소균형 질소균형 질소평형상태 (nitrogen equilibrium)

질소 섭취량 = 질소 배설량 체내의 질소 필요량만큼 맞게 섭취했음을 의미

양의 질소균형 (positive nitrogen balance)) 질소 섭취량 > 질소 배설량 신체가 질소를 사용하여 체단백질을 합성함을 의미 영양실조 , 질병 , 상해 등으로 인한 체단백질 손실 상태로부터의 회복 시 ,

임신부 , 성장기 어린이 , 근육을 만들어야 하는 운동선수에게서 나타남

음의 질소균형 (negative nitrogen balance)) 질소 섭취량 < 질소 배설량 신체가 체단백질을 분해함을 의미 에너지 섭취부족 시 , 오랫동안 근육을 사용하지 않을 때 , 발열 , 감염 , 상

해 , 스트레스가 심할 때 나타남

단백질 영양섭취기준 (DRI) 2010년 개정 : 19 세 이상 성인의 에너지 적정비율 (AMDR) 탄수화물 : 55~70%, 지질 : 15~25%, 단백질 : 7~20% 권장섭취량 설정방법

단백질 권장섭취량 = 음의 질소균형을 일으키지 않을 만한 최소필요량 + 개인차를 감안한 안전량

성인의 평균필요량 (EAR) 체중 kg 당 1 일 평균 단백질 필요량을 0.66 g/kg/ 일로 산정 한국인 기준 체중 적용 1 일 평균필요량 계산

성인의 권장섭취량 (RI) 2010년 성인 : 0.83 g/kg/ 일 한국인 기준 체중 적용 1 일 권장섭취량 계산 (5 단위로 수치 조정 )

5. 5. 단백질과 식생활단백질과 식생활

한국인의 단백질 섭취 실태

* 2008년도 국민건강 · 영양조사 결과 ( 보건복지부 )

평균 단백질 섭취량 : 연령별 , 지역별 모두 권장섭취량을 훨씬 초과

평균 필요량 (EAR) 미만을 섭취한 비율 :

- 전체 조사 대상자 중에서 16% (남자 11%, 여자 21%)

- 특히 사춘기 청소년과 65 세 이상 노인층의 부족이 심각 총 단백질 섭취량 중 동물성 단백질의 섭취비율 : 40.3%,

질적으로 우수

한국인의 단백질 섭취 실태한국인의 단백질 섭취 실태

단백질의 급원단백질의 급원

식물성 , 동물성 식품에 널리 분포

동물성 급원 쇠고기 , 돼지고기 , 닭고기 , 오리고기 , 생선 , 가금류 , 달걀 , 우

유 , 치즈 , 유제품 등 : 완전 단백질

젤라틴 ( 트립토판과 라이신 부족 ) : 불완전 단백질

식물성 급원 대두 : 함량 (35~40%) 풍부하고 질이 우수

강낭콩 , 팥 , 녹두 등의 두류 : 함량 (20% 내외 ) 이 비교적 풍부

곡류 : 함량이 비교적 적어 쌀 7~8%, 옥수수 9~10%, 밀 12~16%

식물성 급원은 부분적 불완전 또는 불완전 단백질이다 .

단백질의 질단백질의 질

완전 /불완전 단백질 필수아미노산의 함량에 따라 분류함

완전단백질 : 생명체의 성장과 유지에 필요한 필수아미노산을 모두 , 충분한 양 함유하고 있는 단백질

젤라틴을 제외한 대부분의 동물성 단백질 ; 육류 , 가금류 , 달걀 , 우유 및 생선 등

불완전 단백질 : 필수아미노산이 하나 혹은 그 이상 부족 젤라틴 , 곡류 단백 , 대두를 제외한 두류 단백질

단백질의 상호 보완효과단백질의 상호 보완효과

서로 다른 필수아미노산 조성을 가진 두 개의 단백질을 동시에 섭취

서로의 제한점 ( 제한 아미노산 ) 보충

제한 아미노산제한 아미노산 (limiting amino acids)(limiting amino acids)

식품 내 필수아미노산 중 인체에서 요구되는 양에 비해 제일 적게 들어 있는 필수 아미노산

단백질 생합성의 특징 : 특정 단백질 합성 시에 요구되는 모든 아미노산들이 동시에 , 모두 , 충분한 양이 공급되어야 합성 가능

필수아미노산 중 하나라도 부족하면 단백질의 합성 정지 (all or none process 라고 함 )

[ 식물성 식품의 제한 아미노산 ]

단백질의 질 평가단백질의 질 평가 질 좋은 식이 단백질이란 ? * 체내 단백질 합성효율이 높은 단백질 * 조건 : 1) 필수아미노산이 충분하게 들어있을 것 2) 소화흡수율이 높을 것

단백질의 질 평가방법 * 아미노산가 (amino acid score) * 생물가 (BV, biological value) * 단백질 효율 (PER, protein efficiency ratio) * 단백질 실이용율 (NPU, net protein utilization) * 소화율보정 아미노산가 (PDCAAS, protein digestibility corrected amino acid score)

단백질의 질 평가단백질의 질 평가 (1)(1)

아미노산가 (amino acid score) 시험단백질의 각 필수아미노산 농도를 달걀단백질의 각 필수아미노산 농도와 비교

; 달걀 단백질은 최고의 양질 단백질이므로 여러 단백질의 질 평가 시 기준단백질(reference protein) 이 된다 .

Ex) 시험단백질의 제 1 제한 아미노산이 , 달걀 속 그 아미노산 양의 60% 밖에 안 된다면 시험단백질의 아미노산가는 60

생물가 (BV, biological value) 식품단백질로부터 신체단백질로의 전환이 얼마나 효율적으로

수행되는가를 보는 것 흡수된 질소량 중 생명 유지와 성장을 위해 체내에 보유된 질소의 비율 소화흡수율이 고려되지 않음 완전히 소화되는 단백질의 경우에만 아미노산가와 같은 경향을 보임 생물가가 높은 식품

달걀 , 쇠고기 , 우유

단백질의 질 평가단백질의 질 평가 (2)(2)

단백질 효율 (PER, protein efficiency ratio)

특수한 생체조건 하에서 동물에 의한 단백질의 이용을 고려해보는 방법 식품의 생물가 (BV) 를 반영 : PER 과 BV 는 기본적으로 신체조직에

의한 단백질의 보유정도를 측정 영유아식품의 식품 표시기준 설정 시 흔히 사용

단백질의 질 평가단백질의 질 평가 (3)(3)

단백질 실이용률 (NPU, net protein utilization) 생물가에 소화 흡수율을 감안해 준 값 총 섭취질소 중에서 체내 보유된 질소의 비율

단백질의 질 평가단백질의 질 평가 (4)(4)

소화율보정 아미노산가 (PDCAAS: protein

digestibility corrected amino acid score)

단백질의 소화율을 감안한 아미노산가 0~100 의 값 , 최대치 100( 가장 완벽한 단백질 ) 우유 , 달걀 , 콩 단백질 , 쇠고기 , 닭고기 , – 100 에 가까움 필수아미노산 중 1~2 개가 완전히 결핍되면 0

단백질의 질 평가단백질의 질 평가 (5)(5)

단백질 결핍증단백질 결핍증 (1)(1) 쿼시오커 (kwashiorkor)

특히 1~4 세 어린이들에게 흔한 단백질 영양결핍증 증상

초기 : 신경과민증상 , 성장지연 근육 빈약 , 피부 부스럼 , 탈색 빈혈 , 식욕부진 , 간 비대 , 설사 , 구토 부종

식이요법 부종이 없어질 때 까지 탈지분유 제공 증세가 호전되면 일반우유와 고단백식 제공

예방 충분한 에너지 공급을 위한 이유식 보충 우유 공급 : 성장 촉진 , 항체 /호르몬 /효소의 형성 위생상태 개선 , 생활 주거환경의 개선 감염성 질병 감소 식품 생산 증가 , 식품 유통구조의 개선

마라스무스 (marasmus)

단백질 - 열량 영양불량 (PCM, protein calorie malnutrition) 총 식사량이 적어서 식사단백질 양이 단백질 본래의 기능을 수행하기

에 부족 , 동시에 에너지 부족 결과 : 영양실조 , 소화기계 질환 , 감염성 질환 , 사망

단백질 결핍증단백질 결핍증 (2)(2)

단백질의 과잉 섭취단백질의 과잉 섭취

동물성 단백질식품의 과잉 섭취 시 대부분 지방도 많이 함유하여 비만의 원인

고단백질 식사 시 요를 통한 칼슘 배설량 증가

(∵) 동물성 단백질에 풍부한 함유황 아미노산이 산성 아미노산이므로 이를 중화하기 위해 신체 밖으로 칼슘을 배설

과잉의 단백질 섭취 시 여분의 질소는 요소의 형태로 신장을 통해 배설되므로 신장에 과도한 부담

(∴) 권장섭취량의 두 세 배 이상의 단백질 섭취는 자제할 것

채식주의에 대한 논쟁채식주의에 대한 논쟁

1. 건강에 이로운점 :

- 지질 , 포화지질 , 콜레스테롤함량이 적고 - Mg, 엽산 , 베타카로틴 , Vit C, Vit E 등

항산화 영양소가 많아 신체조직의 손상을 방지함

2. 건강에 해로운점 :

- 아연 , 칼슘 , Vit C, 리보플라빈 , Vit B12 등이 부족 ,

- 피틴산 , 수산이 많아 무기질의 흡수를 방해