단백질, 왜 가장 중요한 영양소일까?

단백질은 생명의 구성 요소이자 3대 다량 영양소의 하나입니다. 단백질은 사람뿐만 아니라 동물과 식물, 미생물 등 모든 생물의 몸을 구성하고, 생명을 유지하는데 필요한 기본적인 생물학적 과정을 수행하는데 가장 중요한 역할을 하는 물질입니다. 이 글에서는 단백질의 개념, 기능, 영양학적 가치에 대해 알아보고 건강하고 기능적인 신체를 유지하는 데 있어 단백질의 중요한 역할에 대해 알아보겠습니다.

 

 

단백질의 어원

 

단백질이라는 단어의 어원은 새알을 뜻하는 단(蛋)과 하얀 물질이라는 의미의 백질(白質)에서 왔습니다. 실제로 달걀흰자는 수분을 빼고는 거의 단백질로 이루어진 순수한 단백질 덩어리라고 할 수 있습니다. 영어 protein은 그리스어의 proteios(중요한 것)에서 비롯되었습니다. 우리에게 단백질이 무엇보다 중요하다는 것을 고대인들도 알고 있었던 것이죠.

 

단백질의 구조

 

단백질은 아미노산으로 구성된 고분자입니다. 고분자란 마치 벽돌을 쌓아 집을 짓거나 구슬을 꿰어 목걸이를 만들 듯 작은 구성요소들이 연결되어 만들어지는 커다란 분자를 말합니다. 단백질을 목걸이에 비유하자면 아미노산은 하나하나의 구슬이라고 할 수 있습니다. 20가지 서로 다른 색깔의 구슬을 조합해서 수천, 수만 가지 다양한 단백질 목걸이를 만든다고 비유할 수 있겠네요.

 

아미노산이 줄줄이 연결되어 만들어진 사슬은 아미노산의 순서에 따라 특유의 모양으로 구부러지거나 접힙니다. 그 결과 단백질 분자 고유의 모양이 만들어지죠. 이렇게 특정 모양의 덩어리를 이룬 사슬들이 여러 개 결합해서 하나로 기능하는 단백질을 이루는 경우가 많습니다. 단백질은 작은 것은 아미노산 몇 십 개로 이루어져 있지만(당뇨 환자들이 주사로 맞는 인슐린은 51개의 아미노산으로 이루어져 있습니다) 대부분 몇 백 개에서 몇 천 개의 아미노산으로 이루어져 있습니다.

 

단백질의 기능

 

단백질은 우리 몸을 이루고 생명 현상을 수행하는 가장 중요한 영양소입니다. 우리 몸에는 수천가지 이상의 다양한 단백질이 존재하는데 그 중에서 가장 비중이 높고 중요한 단백질 위주로 어떤 일을 하는지 알아보겠습니다.

 

(1) 우리의 몸을 구성하는 단백질

 

단백질 단백질 가운데 가장 많은 비중을 차지하는 단백질이 무엇일까요? 바로 콜라겐입니다. 콜라겐은 피부에 풍부하게 존재합니다. 우리 몸을 전체적으로 감싸주는 피부뿐만 아니라 몸 안의 장기들을 감싸고 있는 결합조직에도 콜라겐이 풍부합니다. 그리고 우리의 뼈에도 풍부하게 들어있어요. 뼈는 칼슘과 같은 무기질로만 이루어져 있는 것 같이 느껴지지요? 하지만 뼈의 절반 정도는 단백질로 구성되어 있고 이 대부분의 단백질이 콜라겐입니다. 콜라겐 외에도 머리카락, 털, 손톱, 동물의 뿔의 주성분인 케라틴, 피부와 머리카락에 탄력을 주는 엘라스틴도 결합조직을 이루는 단백질입니다.

 

(2) 몸을 움직이는 근육, 근육을 이루는 단백질

 

우리가 장조림을 먹을 때 살코기가 실처럼 찢어지는 것을 볼 수 있습니다. 근육은 그런 식으로 길고 가느다란 관들이 다발을 이루는 구조로 만들어져 있습니다. 하나의 관 안에 또 빽빽하게 더 가느다란 관들이 들어 있고, 그 가느다란 관 안에 또 더 가느다란 관들이 들어 있는 식이지요. 맨 마지막 관을 ‘근원섬유’라고 합니다. 이 근원섬유 안에 바로 근육을 움직이게 하는 단백질, 액틴과 마이오신이 들어 있습니다. 촘촘한 액틴 섬유 사이사이에 마이오신이 엇갈리게 들어가 있지요. 마이오신이 콩나물 머리처럼 생긴 돌기를 액틴에 부착해서 액틴 다발을 가운데로 당기면 근원섬유가 수축합니다. 눈에 보이지 않는 이런 작은 분자들의 움직임이 동시에 일어나면서 커다란 근육 자체가 수축하게 되는 것이지요. 이때 마이오신은 ATP라는 세포 안의 에너지 전달 분자를 소모합니다. 액틴과 마이오신 단백질은 마치 연료를 태워서 기계적 운동으로 바꾸는 작은 모터와 같은 역할을 하는 셈이지요.

 

액틴과 마이오신

 

(3) 생명 현상을 위한 화학 반응의 촉매, 효소

 

우리의 생명을 유지하기 위해서 우리 몸의 세포 안에서는 끊임없는 화학 반응들이 일어납니다. 화학 반응을 잘 일어나도록 도와주는 것을 ‘촉매’라고 하는데, 효소는 바로 단백질로 이루어진 생물 촉매라고 할 수 있습니다. 효소는 원자들을 이리저리 옮기고 분자의 일부를 떼었다 붙였다 하면서 커다란 분자를 작은 조각으로 잘라내기도 하고, 작은 조각들을 가지고 커다란 분자를 만들어 내기도 합니다. 이와 같은 과정을 물질 대사(metabolism)라고 하지요.

 

우리 몸을 호흡하고 먹고 배설하며 생명 활동을 하는 거대한 공장이라고 본다면, 하나하나의 효소들은 그 공장의 기계 또는 작업자에 해당됩니다. 밖에서 들어온 산소와 영양소를 혈관이라는 컨베이어 벨트가 몸의 구석구석으로 공급해 주면 다양한 효소 기계들이 다양한 물질을 만들어 내며 공장을 가동하는 셈이지요. 이때 단백질 기계라고 할 수 있는 효소가 재료가 되는 분자에 결합해서 반응을 시킬 수 있는 것은 효소 특유의 모양 때문입니다. 효소는 마치 퍼즐 조각처럼 딱 맞는 반응물을 붙잡아서 서로 반응시켜서 새로운 물질을 생성합니다.

 

(4) 적과 싸우는 방어 무기 항체

 

우리가 매일 음식을 먹고 음식 속의 분자와 원자로 우리 몸을 만들 듯, 우리의 몸을 먹이로 삼고자 하는 생명들도 있습니다. 사자나 호랑이와 같은 포식자의 위협은 거의 사라졌지만 눈에 보이지도 않는 작은 적은 여전히 우리를 위협하고 있습니다. 바로 바이러스와 박테리아와 같은 미생물들입니다. 이런 바이러스나 박테리아를 적절히 막아내지 못한다면 우리는 병에 걸려 죽어버리게 됩니다. 다행이도 우리 몸은 적의 침입에 대비하는 효율적인 방어 체계를 가지고 있는데 그것이 바로 면역계입니다. 방어를 담당하는 다양한 면역 세포들이 마치 육, 해, 공군의 군인처럼 각자의 역할을 분담해서 적의 침입에 대비하고, 적이 들어오면 싸워 무찌르지요.

 

면역세포 중 B세포는 마치 포병과 비슷하게 항체라는 무기를 만들어서 적과 싸웁니다. B세포는 적(이것 역시 대개 단백질)의 몸 일부에 마치 열쇠와 자물쇠처럼 딱 맞아 떨어지는 모양의 무기를 개발하는데 이게 바로 ‘항체’입니다. B세포가 만들어 낸 항체가 적에게 달라붙어 꼼짝 못하게 하면 다른 면역세포들이 처치하기도 하고 적이 스스로 파괴되기도 합니다. 한번 들어왔던 적의 모양을 잘 기억하는 B세포가 만들어지면 다음 공격 때는 빠른 시간 안에 무기를 대량생산해서 훨씬 빠르게 적을 무력화시킬 수 있는데 이것이 바로 백신의 입니다. B세포가 만드는 항체도 단백질로 이루어져 있습니다. 항체가 달라붙는 적(이물질)의 몸의 부위를 항원이라고 하고. 항원도 대부분 단백질이지만 아닌 경우도 있습니다.

 

(5) 우리 몸을 최적의 상태로 조절하는 신호체계, 호르몬

 

호르몬은 우리 몸에서 다양한 생리 과정을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 체내 신호 분자입니다. 호르몬은 단백질(펩타이드)이나 지질로 이루어져 있습니다. 참고로 펩타이드는 단백질의 작은 조각을 말합니다. 펩타이드 호르몬 중에 가장 널리 알려진 것은 인슐린입니다. 췌장의 베타 세포에서 생성되는 인슐린은 포도당이 세포로 흡수되고 여분의 포도당이 간과 근육에 글리코겐으로 저장되는 것을 촉진하여 혈당 수치를 조절합니다. 뇌하수체 전엽에서 분비되는 많은 호르몬들도 펩타이드 호르몬입니다. 어린이와 청소년의 성장과 발달을 촉진하고 성인에게도 신진대사를 자극하는 성장 호르몬(GH), 갑상선을 자극하여 신진대사를 조절하는 갑상선 호르몬을 생성 및 방출하도록 하는 갑상선 자극 호르몬(TSH), 부신피질을 자극하여 스트레스 반응과 신진대사에 관여하는 코르티솔과 같은 글루코코르티코이드 호르몬을 방출하도록 하는 부신피질자극호르몬(ACTH), 난소의 난포 발달과 고환의 정자 생산을 조절하는 난포 자극 호르몬(FSH), 여성의 월경 주기를 조절하고 배란을 유발하고 남성의 경우 테스토스테론 생성을 자극하는 황체 형성 호르몬(LH) 등이 있습니다. 또한 부갑상선에서 생성되어 뼈에서 칼슘 재흡수를 증가시키고 신장에서 칼슘 배설을 감소시킴으로써 혈중 칼슘과 인산염 수치를 조절하는 부갑상선 호르몬(PTH), 갑상선에서 생성되어 뼈에 칼슘 침착을 촉진하고 방출을 억제하여 칼슘과 인산염 수치를 조절하는 칼시토닌, 시상하부에서 생성되어 뇌하수체 후엽에서 분비되는 옥시토신은 분만 시 자궁 수축, 모유 수유 시 모유 배출, 사회적 유대감 형성에 중요한 역할을 하는 옥시토신, 시상하부에서 생성되어 뇌하수체 후엽에서 분비되며 신장에서 수분 재흡수를 조절하여 혈압과 체액 균형을 조절하는 데 도움을 주는 바소프레신(항이뇨 호르몬 또는 ADH) 등이 대표적인 펩타이드 호르몬입니다.

 

맺음말

 

우리 몸을 구성하고 생명 현상을 담당하는 단백질의 정의와 구조, 그리고 다양한 단백질의 기능에 관해 알아봤습니다. 단백질은 탄수화물, 지방과 함께 우리가 섭취하는 3대 다량 영양소의 하나입니다. 그런데 우리의 생명 현상에서 맡고 있는 역할, 분자의 복잡성, 다양한 구조와 기능을 고려할 때 그 중에서도 으뜸이라고 해도 무리가 없을 것입니다. 이처럼 중요한 단백질을 어떻게 섭취해야할 지 차츰 알아가보도록 하겠습니다.