단백질 3탄 - 단백질의 구조, 변성, 7가지 기능 총정리

필수 영양소 단백질의 3번째 포스트이다. 지난번 필수 아미노산에 대한 정리에 이어 오늘은 단백질의 구조와 변성, 단백질의 7가지 기능에 대해 정리해 보려고 한다.

 

※지난 글 함께 보기

2024.02.18 - [관심있는 주제 공부/영양학, 병리학] - 단백질 2탄 - 필수아미노산 9가지 음식으로 섭취하는 법

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단백질의 구조

단백질의 구조, 변성, 기능에 대해

펩타이드 결합

단백질의 구조와 변성, 기능을 이해하기 위해선 단백질의 단위인 아미노산이 어떻게 결합하여 단백질이라는 분자를 이루는지를 먼저 이해해야 좋다. 단백질은 매우 거대한 분자로, 단백질을 구성하는 아미노산의 종류와 결합 순서에 따라 무수히 많은 다양한 단백질이 합성될 수 있다.

 

우리 몸에는 20여 가지의 아미노산이 있지만 이 20여 아미노산이 다양한 조합을 이루며 단백질을 결정하는 것이다. 각각의 아미노산은 '펩타이드 결합'이라는 방식으로 서로 연결되어 있다.

 

2개의 아미노산이 결합하면 다이펩타이드, 3개의 아미노산이 결합하면 트라이펩타이드, 4~10개의 아미노산이 결합하면 올리고펩타이드라고 하며, 10개 이상의 아미노산이 결합했을 때 우리가 한 번쯤 들어본 폴리펩타이드가 되는 것이다. 우리 몸을 이루는 단백질과 우리가 섭취하는 단백질은 대부분 수백개의 아미노산으로 이루어진 긴 폴리펩타이드라고 할 수 있다.

 

 

 

단백질의 구조

우리 몸에서는 고유의 유전 정보에 따라 수많은 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결되고, 형태나 패턴에 따라 아래와 같이 그 구조를 분류해 볼 수 있다. (*그런가 보다 하고 가볍게 넘어가도 좋은 내용이다.)

 

• 1차 구조: 단백질의 1차 구조는 아미노산이 일렬로 나열된 형태이다. 아미노산의 특정 순서와 결합 방식으로 이루어져 있다.
• 2차 구조: 단백질의 2차 구조는 아미노산 체인이 나선 모양인 알파-헬릭스나 시트 모양으로 반복되는 패턴을 이루는 것이다. 이러한 모양은 수소 결합 등의 상호작용으로 형성된다.
• 3차 구조: 단백질의 3차 구조는 2차 구조의 패턴이 3차원으로 접히고, 특정 영역이 특별한 구조를 가지는 형태이다. 이는 다양한 결합력과 상호작용을 포함하여 단백질이 자체적으로 안정적인 형태로 구성되게 한다. 예로, 근육 단백질의 미오신, 결합 조직의 콜라겐 등이 있다.
• 4차 구조 : 2개 이상의 3차 구조의 폴리펩타이드가 중합되어 이룬 형태. 예로, 헤모글로빈이 있다.

 

단백질의 변성

안정된 단백질의 3차 구조는 열, 산, 염기 또는 기계적 작용 등으로 인해 영향을 받고 그 구조가 변화되어 기능을 상실하게 된다. 이 경우를 단백질의 변성이라 한다. 우리 일상에서 매우 쉽게 볼 수 있는 현상으로, 달걀흰자를 저으면 거품이 형성된다거나 우유에 산을 넣으면 응고가 되는 것 등이 그 예다.

 

 

 

단백질의 구조는 곧 기능을 의미하는데, 체내에서 단백질이 변성되면 단백질의 생리적 기능이 소실되는 것과 같은 의미이며 위험한 상황을 초래할 수 있다.

 

하지만 체내 단백질의 변성이 아닌 우리가 섭취하는 식품 단백질의 변성은 영양상으로 볼 때 소화효소의 작용을 수월하게 해 오히려 유익한 경우가 많다. 위산은 섭취한 단백질을 변성시켜 복잡하고 큰 단위의 단백질을 단순 아미노산 구조로 풀어내고, 이런 도움 덕분에 소화효소가 음식을 쉽게 분해할 수 있게 된다. 소화 향상의 측면 뿐만 아니라 영양소 이용 증진, 음식의 맛 향상 등에도 단백질 변성이 기반되어 있다.

 

*단백질 변성과 영양, 음식 섭취의 상관관계 

• 소화 향상: 변성은 종종 음식물을 부드럽게 만들고, 단백질 분자를 더 작고 소화하기 쉬운 조각으로 분해한다. 이는 소화 과정에서 소화 효율을 높일 수 있다.
• 영양소 이용 증진: 변성은 아미노산을 더 쉽게 이용할 수 있는 형태로 바꿀 수 있고 이는 소화된 단백질이 혈액을 통해 조직과 세포로 이동하면서 영양소의 역할을 더 효과적으로 수행할 수 있게 한다.
• 맛과 질감 향상: 음식의 변성은 종종 맛과 질감을 개선할 수 있다. 예를 들어, 음식을 조리하거나 마리네이드, 발효, 열처리 등의 과정을 통해 단백질이 다양한 맛과 향을 가질 수 있게 되는 것이다.
  (그러나 너무 과도한 열처리나 변성은 영양소 손실을 유발할 수 있으므로, 적절한 요리 방법과 올바른 영양 섭취가 중요)

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단백질의 기능

단백질은 몸 안에서 근육, 내장 등을 구성함은 물론이고 효소와 호르몬의 합성, 영양소의 운반, 인체 방어 작용 수행 등 여러 기능을 수행하는데 7가지 기능으로 요약 정리를 하면 아래와 같다.

 

 

기능 1. 체 조직의 성장과 보수

단백질은 근육과 세포막의 구성성분이자, 뼈, 피부 등의 조직을 형성하므로 신체조직의 성장과 유지에 매우 중요하다. 특히 임신기, 수유기, 성장기 등 새로운 조직이 몸 안에서 합성되는 시기에는 체내의 단백질 요구량이 증가하므로 단백질의 충분한 섭취가 필요하다. 특히 필수아미노산의 제공을 위해 1일 단백질 권장섭취량의 1/3~1/2 이상은 양질의 단백질 섭취가 필요하다.

(*필수아미노산에 대해 이전 글을 함께 참고하면 더욱 이해에 도움이 될 것 같다)

 

양질의 단백질은 모든 필수 아미노산을 적절한 양과 비율로 포함하고 있는 단백질을 뜻하며, 몇 가지 예는 아래와 같다.

• 육류: 닭고기, 소고기, 양고기 등은 모든 필수 아미노산을 포함하고 있어 양질의 단백질 소스로 좋다.
• 어판류: 연어, 참치, 도미, 청어와 같은 해산물
• 난류: 계란은 모든 필수 아미노산을 제공하며, 특히 단백질의 품질이 높다.
• 두류 및 콩류: 대두, 검은콩, 렌틸콩과 같은 두류 및 콩류는 식물성 단백질 소스로서 양질의 단백질을 제공한다.
• 유제품: 우유, 요거트, 치즈 등은 풍부한 양질의 단백질을 제공하며, 칼슘과 비타민 D도 함께 공급된다.

 

기능 2. 효소와 호르몬 합성

단백질은 효소와 호르몬을 합성한다.

• 효소 : 화학반응에는 전혀 관여하지 않지만, 그 반응을 촉매하는 단백질이다.
• 호르몬 : 체내의 특정부위(분비선)에서 생성되고 혈액을 따라 작용 부위까지 이동한 후 세포에 신호를 전달해 세포 반응을 조절한다.

부신피질호르몬과 성호르몬을 제외한 모든 호르몬은 단백질이나 펩타이드이다.

 

 

기능 3. 면역기능

우리 몸의 면역을 담당하는 항체 역시 체내 면역세포에서 만들어지는 단백질이다. 항체는 외부에서 침입하는 각종 독성물질이나 세균 등 항원에 대항하는 역할을 한다. 단백질은 여러 항원에 대응하여 다양한 감마-글로불린 항체를 합성하여 인체의 면역 작용에 관여한다. 그러므로 단백질 섭취량이 부족하면 체내 항체 생성에 영향을 주고 질병에 대한 저항력이 떨어지게 되는 것이다.

 

예로, 항체는 주로 'B 세포'라고 불리는 특별한 유형의 백혈구에 의해 생산되는데 B 세포는 에너지를 생산하기 위해 아미노산 및 단백질이 있어야 하며, 단백질 섭취를 통해 이러한 에너지 및 원료를 공급받는다.

 

 

기능 4. 수분평형

 

혈액의 성분 중 혈장이 있다. 혈장은 혈압에 의해 혈관에서 빠져나와 조직세포 사이를 끊임없이 이동하는데, 혈장 단백질인 알부민이 혈장의 삼투압을 유지하여 수분을 혈관 안으로 재이동시킴으로써 혈장과 조직세포 간의 수분평형을 유지한다.

 

만약 혈장 단백질인 알부민이 부족해지면 혈장의 삼투압이 감소하고, 조직세포의 수분이 혈관 내로 원활히 회수되지 못하므로 조직세포 사이에 수분이 그대로 있어 부종이 생기게 되는 것이다.

 

*혈장 : 혈액의 성분 중 하나로, 약 55%를 차지하는 혈액의 액체 부분. 혈장은 물, 전해질, 단백질, 호르몬, 영양소, 기타 물질로 이루어져 있다. 혈액이 혈관을 흐르며 운반하는 매체로서 중요한 역할을 하며, 다양한 세포와 물질들이 혈장을 통해 상호작용하고 유지된다.

 

 

기능 5. 산/염기 평형

이전 글에서 단백질의 구성단위인 아미노산에 관해 설명하며 아미노산은 염기성기(=아미노기)와 산성기(=카르복실기)를 모두 갖고 있어 산과 염기 모두로 작용할 수 있다는 설명을 한 적 있다.

 

단백질은 산성 조건에서는 여분의 수소를 받아들이고, 반대로 염기성 조건에서는 수소이온을 방출함으로써 체액의 산도를 항상 일정하게 유지할 수 있다.(pH 7.4)

 

 

기능 6. 영양소 운반

앞서 말한 혈장 단백질인 알부민이나 글로불린은 지질, 철, 구리 등의 영양소를 필요한 조직으로 운반하며, 세포막에서 단백질은 물질이동 통로와 펌프를 형성하여 세포 내외로 물질의 이동을 돕는다.

 

 

기능 7. 에너지와 포도당의 급원

우리 몸의 기본 에너지원은 포도당이다. 특히, 뇌, 신경조직, 적혈구 세포는 오직 포도당만을 에너지원으로 이용하므로 항상 일정하게 혈당을 유지해야 한다. 하지만 탄수화물이 제한된 식사가 계속되어 포도당이 부족해지면, 체단백질이 분해되고 이를 활용하여 간이나 신장에서 포도당을 합성해 혈당을 유지하게 된다.

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오늘은 단백질의 구조, 변성, 기능에 대해 알아보았으며 다음 4편에서는 섭취한 단백질이 어떤 과정과 원리로 소화되고 흡수되는지를 정리할 예정이다.

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※ 함께 이해하면 좋은 글

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