들어가며
보건복지부 자료에 따르면 대한민국 국민 5명 중 1명이 소화기관 계통의 질환을 경험한 바 있다고 합니다. 약 1,000만 명이 이러한 경험을 한 셈입니다.
통계자료에 따르면 대표적 소화 기관계통의 질환들은 위염, 역류성 식도염, 위궤양, 속 쓰림, 소화불량이었다고 하며, 이중 가장 많은 분포를 차지한 것은 속 쓰림과 소화불량이라고 합니다.
이처럼 소화기관 계통의 질환이 많아진 데에는 식단이 서구화되고, 인스턴트 가공식품이 넘쳐나면서 먹거리가 많아진 측면도 있을 것입니다.
이런 이유에서 오늘은 소화 및 소화와 뗄래야 뗄 수 없는 효소, 그리고 조효소에 대해 글을 적어보려고 합니다.
그럼, 시작하겠습니다.
소화란?
소화는 간단히 말해서 음식물이 인체내에서 흡수 가능한 단위로 분해되는 과정을 말합니다. 아래 그림과 같이 크게 화학적 소화과정과 기계적 소화과정으로 구분됩니다.
위 그림에서 보는 바와 같이 화학적 소화과정은 고분자 음식물이 소화효소에 의해 저분자 영양소로 분해되는 과정을 말하는데, 각각의 효소에 의해서 탄수화물이 포도당으로, 단백질이 아미노산으로, 지방이 지방산으로 분해되는 것입니다.
기계적 소화과정은 위의 연동운동의 수축 처럼 소화관 운동에 의해 음식물이 분해되고 소화액과 잘 섞이면서 이동되는 것을 말합니다.
효소란?
자! 그럼, 효소는 무엇일까요? 간단히 정의해 보면 모든 세포의 생화학 반응에 촉매 역할을 하는 단백질 구조체라고 말할 수 있습니다.
아래 그림에서 처럼 세포의 생화학 반응에는 반드시 활성화 에너지가 필요한데, 효소는 이러한 생화학 반응시 활성화 에너지를 줄여줌으로써 화학반응의 속도를 높여주는 역할을 합니다.
인체 세포에서는 매초 평균 100건 이상의 화학반응이 일어난다고 합니다. 우리 몸에서 일어나는 모든 것은 화학반응에 해당될 수 있는데 음식을 먹었을 때 일어나는 음식물을 분해-흡수하는 과정을 포함하여 세포합성, 해독, 활성산소 억제, 면역, 배출 등 신체 기능과 관련된 모든 활동이 화학반응에 해당된다라고 말할 수 있습니다.
이러한 생명활동에 화학반응에 있어 절대로 없어서는 안될 존재가 바로 효소라는 것입니다. 효소가 없으면 우리 몸에 어떠한 화학반응도 발생하지 않는다는 이야기이고, 이 말은 생명 연속이 어렵다는 이야기도 될 것입니다.
효소가 가지는 주요 특징들을 살펴보면, 아래 그림에서 처럼 크게 3가지로 구분해 볼 수 있습니다. 즉, 주성분이 단백질이라는 점과 기질 특이성을 갖는다는 점, 그리고 재사용 가능하다는 점입니다.
주성분이 단백질이라는 것은 고유 입체 구조를 가지고 있으며, 여느 단백질과 마찬가지로 고온에서는 변성된다는 것을 말합니다.
기질 특이성을 갖는다는 것은 여러 효소들이 있지만, 각각의 효소들이 한 가지 반응물(기질)에만 반응한다는 것입니다. 예를 들면, 아밀라아제라는 효소는 탄수화물 분해에만 작용할 뿐 단백질이나 지방 분해에는 관여하지 않습니다.
재사용이 가능하다는 것은 반응물과 반응이 일어난 후에도 구조 및 성질에 변화가 없기 때문에 재사용이 가능하다는 의미입니다.
조효소란?
조효소란 효소-기질 복합체를 만들때 필요한 비타민 또는 미네랄을 말합니다. 효소-기질 복합체란 위 그림에서 처럼 활성화된 효소와 반응물이 결합을 한 상태를 말합니다. 이렇게 되어야만 화학적 반응을 통해 생성물을 만들 수 있습니다.
그런데, 인체내 효소의 약 25%는 비활성상태로 존재하며 효소-기질 복합체를 만들기 위해서는 보조인자가 있어야 활성상태가 될 수 있다고 합니다. 이러한 보조인자를 조효소(Coenzyme)라고 합니다.
특히, 조효소 중에서 비타민 B군의 경우에는 소화 및 에너지 대사 과정에서 반드시 필요합니다. 아래 그림은 세포내 미트콘트리아에서 에너지를 생산하는 과정인데, 이 과정에서 비타민 B군이 얼마나 중요하게 작용하는지를 보여주고 있습니다.
Citric Acid Cycle, 즉 구연산 순환(트리카르복실/크렙스 순환이라고도 함)은 진핵 생물의 미토콘드리아에서 ATP의 형태로 에너지를 생성하는 일련의 화학 반응입니다. 탄수화물, 지방 및 단백질은 먼저 피루빅산를 통해 아세틸-CoA로 전환된 후 8가지 효소 반응을 거쳐 구연산 주기에 의해 생성된 에너지를 전자 수송 사슬로 전달하는 NADH와 FADH2를 생성합니다. 이는 차례로 세포의 에너지 통화인 ATP의 합성으로 이어집니다.
비타민 B군은 단백질, 탄수화물, 지방이 피루빅산으로 바뀌는데에도 사용되고, 위의 그림과 같이 FAD(B2), NAD(B3)와 같은 보조 인자/효소, CoA(B5) 또는 코엔자임 Q10(B5)의 구성 요소로서 에너지 대사과정에 기여합니다.
그리고, 아래 그림에서 처럼 위 사이클의 중간 화합물은 아미노산과 지방산을 포함한 다른 화합물의 합성을 위한 반응물로 떨어져 나오며, 일부는 이후 사이클 외부에서 일어나는 아나플라로틱(중간체를 생성하는 반응) 합성에 의해 보충됩니다. 가장 일반적인 예는 메티오닌 사이클(Methionine Cycle) 내에서 메티오닌에서 생성된 α-케토부티레이트에서 석시닐-CoA를 증강하는 것과 피루빅산에서 직접 옥살로아세테이트를 합성하는 것입니다.
위 그림만 보더라도 정말 많은 화학반응에서 비타민 B가 사용됨을 알 수 있습니다. 따라서, 평소부터 비타민 B군을 잘 챙겨드신다면 우리 몸의 에너지 대사에 문제가 생기는 것을 미연에 방지할 수 있을 것으로 생각됩니다.
< 참고적으로 위 그림들에서 사용된 약어는 다음과 같습니다. >
BCKDC(분지 사슬 α-케톤산 탈수소효소 복합체), CS(구연산염 합성효소), CoA(코엔자임 A), FAD/FADH2(플라빈 아데닌 디뉴클레오티드<산화/환원>), IDH(이소시트레이트 탈수소효소), NAD(니코틴아마이드 아데닌 디뉴클레오티드 <+/H = 산화/환원>), MDH(말레이트 탈수소효소), MCM(메틸말론닐-CoA 뮤타제), OGDH(α-케토글루타레이트 탈수소효소), PCC(프로피오닐-CoA 카복실라제), PC(피루베이트 카복실라제), PD(피루베이트 탈수소효소), SCS(숙시닐-CoA 합성효소), SQR(숙시네이트-코엔자임 Q 환원효소)
AADC(방향족 L- 아미노산 탈카르복실효소), AAAH(방향족 아미노산 하이드록실라제), ATP(아데노신 삼인산), BH2(디하이드로 바이오프테린), BH4(테트라 하이드로 바이오프테린), CBS(시스타티오닌 베타 신타제), CGL(시스타티오닌 감마-리아제), DHFR(디하이드로폴레이트 환원효소), dTMP(티미딘 모노포스페이트), dUMP(데옥시우리딘 모노포스페이트), GR(글루타티온 환원효소), GSSG(글루타티온 디설파이드), MAT(메티오닌 아데노실 트랜스퍼라제), MS(메티오닌 신타제), MTHFR(메틸테트라하이드로폴레이트 환원효소), NOS(산화질소 신타제), SAH(S-아데노실호모시스테인), SAHH(S-아데노실호모시스테인 가수분해효소), SAM(S-아데노실메티오닌), SH(세린 하이드록시 메틸트랜스퍼라제), THF(테트라 하이드로폴레이트), TS(티미딜레이트 신타제)
마무리 하며
오늘은 소화, 효소, 조효소에 대해 알아보는 시간을 가졌습니다. 모든 생명체는 영양분을 섭취하지 않으면 에너지 생산이 불가해져서 결국 죽을 수 밖에 없습니다. 저는 이렇게 중요한 과정의 처음 부분이 소화이며, 여기에 관여되는 중요한 요소들이 효소와 조효소라고 생각합니다.
따라서, 평소부터 소화와 관련하여 관심을 갖고, 소화에 도움이 되는 영양소들을 찾아서 잘 섭취해야 한다는 생각을 해 봅니다. 거기에는 물론 건강기능식품으로 식약처 허가를 받은 천연발효 효소제가 있을 것 같습니다. 참고로 건강기능식품에서 정제효소는 사용이 불가합니다.
다음 글에서는 현대 효소학의 아버지인 에드워드 하월 박사의 ‘효소 영양학’에 기술된 내용을 참고로 해서 효소에 대해 좀더 깊이있게 알아보는 시간을 가져보려고 합니다.
끝까지 읽어주셔서 감사하고, 도움이 되셨다면 주변 분들에게도 많이 많이 알려주세요.