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[비타민 바이블] 시력유지에 도움을 주는 비타민 A |
종류만큼 효능도 다양한 ‘비타민'에 대해 우리는 얼마나 알고 있을까? 하이닥이 주준경(위례중앙약국) 하이닥 상담약사와 함께 바쁜 현대인들을 위해 비타민 가이드를 자처한다. 하이닥의 바이타민블(VITAMIN+BIBLE)과 함께 비타민에 대해 자세히 알아본다.
대표적인 지용성 비타민인 비타민 A는 시력과 큰 연관이 있다. 비타민 A가 망막(Retina)에서 비롯된 이름인 레티노이드(Retinoid)로 불리는 것만 봐도, 시력과 비타민 A의 깊은 연관성을 유추해 볼 수 있다.
비타민 A
비타민 A는 안구의 시야 인식 과정과 색조 감각에서 필수적인 역할을 한다. 때문에 결핍 시 '안구건조'와 '야맹증', '실명'을 유발할 수 있다. 이외에도 '세포 분열'과 '분화', '유전자 조절' 및 '성장'과 '발달'에도 큰 역할을 한다는 사실이 밝혀져 최근에는 화장품의 핵심 성분으로도 널리 사용되고 있다. 비타민 A에는 일반적으로 A1과 A2, 2종류가 있다. 우리가 흔히 비타민 A라고 부르는 것은 비타민 A1이다. A1의 대표적인 형태로는 레티놀(Retinol)이 있으며, 안구에서 알데하이드(Aldehyde)의 형태인 레티날(Retinal), 카복실산(Carboxylic acid)의 형태인 레티노익산(Retinoic acid)으로 변환된다. A2는 A1의 친화적 화합물로 데히드로레티놀(3-dehydroretinol), 데히드로레티날(3-dehydroretinal), 데히드로레티노산(3-dehydroretinoic acid)이 존재한다. 비타민 A 유도체인 카르티노이드(Cartenoid)는 식물성 식품에 포함된 색소의 일종이다. 카르티노이드로 분류되기 위해서는 적어도 한 개 이상의 β-ionone ring를 가지고 있어야 한다. 카로틴(Carotene)은 대표적인 카르티노이드로 창자와 간에서 분해되어 비타민 A로 변환되는 성질을 가지고 있어 프로비타민 A(Pro-Vitamin A)라고 불린다. 그중에서도 β-카로틴은 레티놀 분자 2개가 선형으로 이루어진 구조를 가지고 있다. β-카로틴은 장점막세포(Intestinal mucosal cell)에서 2등분되어 2개의 레티날로 전환되기 때문에 가장 높은 비타민 A 활성률을 보여준다. 비타민 A의 단위는 비타민 국제단위(IU, International Unit), 레티놀 당량(RE, Retinol Equivalents), 레티놀 활성당량(RAE, Retinol Activity Equivalents)이 있다. 단, 레티놀과 베타카로틴의 환산이 다르며 식품이 아닌 보충제로 섭취할 경우 단위의 차이가 있다. 비타민 A의 1일 권장 섭취량은 약 700~800㎍ RE(2,331~2,664 IU)이며, 상한 섭취량(UL, Tolerable Upper Intake Level)은 3,000㎍RE(10,000 IU)로 이보다 많이 섭취하게 되면 과잉증이 나타날 수 있다.
체내 비타민A 대사
비타민 A는 음식 속에서 레티닐 에스터(Retinyl ester)와 카르티노이드의 형태로 함유되어 있다. 주로 동물성 영양원에 포함된 레티놀은 황색을 띠며, 지용성 물질이다. 이 형태는 알코올로 불안정한 형태라, 동물의 세포조직에서 레티닐 에스터의 형태로 존재한다. 동물성 영양원을 섭취하면, 소화기장 내막에서 췌장 효소의 작용에 의해 레티놀과 아미노산, 지방산으로 분해된다. 이후에 지방산, 인지질, 모노글리세라이드, 콜레스테롤과 함께 섞여 미셸(Micelle)이 되어 소장 점막세포내로 흡수된다. 이 미셸은 레티놀 결합 단백질(CRBPII, cellular retinol binding-protein II)과 결합 후 다시 레티닐-에스테르화(Retinyl-esterification)되고, 지질단백질인 로미크론(Chylomicron)과 함께 림프관으로 이동되어 간으로 운반된다. 간으로 이동한 레티닐-에스테르는 지방산과 레티놀로 가수분해되며, 분해된 레티놀이 CRBPII와 함께 혈액으로 방출되고 일부는 간에 저장된다. 식물성 비타민 A의 경우 카로틴 계열과 잔토필(Xanthophylls)이 체내에서 레티날로 변환하는데 이때 카로틴 15,15'-모노옥시게나아제(Beta-carotene 15,15'-monooxygenase) 효소가 필요하다. 단백질과 결합한 β-카로틴 형태는 장 내막에서 췌장 효소의 작용에 의해 아미노산이 분해되어 순수한 β-카로틴이 된다. 그 후 지방산, 인지질, 모노글리세라이드, 콜레스테롤과 함께 섞여 미셸이 되고, 소장 점막세포내로 흡수되어 2개의 레티날로 쪼개지게 된다. 일부는 CRBPII와의 결합 후에 니코틴아미드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NADH)에 의해 레티닐-에스테르로 환원되어 섭취된 레티닐 에스테르와 같은 경로로 반응하기도 한다. 대부분은 레티노익산으로 비가역적 전환된 후 장세포를 통해 모세혈관으로 이동해 혈중 알부민(Albumin)과 결합해서 알부민-레티놀 복합체 형태로 간으로 이동하게 된다. 간에 도달한 레티닐-에스테르는 가수분해되어 실질세포(Parenchymal cell) 내로 들어간 후, 레티놀은 레티놀 결합단백질(RBP, Retinol-binding proteins)와 결합하여 조직으로 이동하거나, 다시 재에스테르화(Re-esterification)하여 저장된다. 대부분의 레티놀은 간의 성상세포(Stellate cell)에, 소수는 실질세포에 다른 지방성분들과 함께 저장된다. 비타민 A의 섭취가 많아지면 성상세포는 최대한 수용 한계치까지 비타민 A를 레티닐-에스테르의 형태로 저장한다. 간에 저장된 에스테르형태의 레티놀은 가수분해되어, RBP와 결합하여 CRBP-1의 리간드형태인 Holo-RBP를 형성하게 된다. 이 Holo-RBP의 RBP 부분에 트랜스티레틴(TTR)인 프리알부민(Pre-albumin)과 결합하여, 레티놀-RBP-TTR 복합체의 형태로 혈액 내에서 존재하다가 표적 세포(Target cell)로 이동한다. 레티놀의 경우 표적세포로 들어갈 때 세포 표면에 RBP를 인식하는 특정 수용체(Receptor) 가 있어 이에 의해 조절작용이 이루어지는 것으로 추정된다.
비타민A의 생리 활성
레티놀은 RBP-TTR 복합체 형태로 망막에 도달하여, 광수용기세포(Photoreceptor cell)로 이동한다. 막의 간상세포(Rod cell) 외각 부위에서 11-시스레티날(11-cis retinal)이 세포막에 결합되어 있는 옵신(Opsin)의 특정 리신(lysine)에 결합한다. RPSB(Retinal protonated Schiff base)를 형성하며, 로돕신(Rhodopsin)을 생성한다. 망막세포는 암 순응 능력이 있는 세포로, 빛의 발광체가 망막세포를 자극하면 로돕신에 있는 11-cis retinal이 이성질체인 트랜스 레티나(All-trans retinal)로 전환된다. 이러한 이성질체화(Isomerization)는 로돕신 분자를 자극해서 불안정하게 만들고 결국 로돕신이 All-trans retinal과 옵신으로 분리된다. 11-cis retinal이 빛을 받으면 간상세포의 외각 부위에서 이성체인 All-trans retinal로 되돌아간다. 빛이 없는 어두운 상태에선 All-trans retinal이 11-cis retinyl ester isomerase란 효소에 의해서 11-cis retinal이 형성된다. 로돕신이 광반응을 통해 분해되고 재형성되는 과정엔, 레티놀이 조금씩 레티노인산이나 다른 종류의 비활성 물질로 전환되어 배설되며 소모된다. 그렇기에 레티놀이 계속해서 영양소를 통해서 공급되어야 한다. 위와 같은 반응으로 인해 혈액 내의 All-trans retinol의 농도는 망막세포 내에서 로돕신을 형성하는 속도를 결정하고, 눈이 빛에 적응하는 속도도 비타민 A의 농도와 직접적인 관련이 있다. 로돕신이 들어있는 간상세포는 약한 빛을 탐지하기 때문에 야간 시력에 매우 중요하다. 비타민 A는 상피세포 분화에도 중요한 역할을 한다. 상피세포는 피부, 눈, 요도, 호흡기관의 내막 상피에 존재한다. 정상적인 상피세포는 섬모가 존재하며, 모양은 원형이고 점액을 분비하여 습윤하다. 비타민 A가 결핍되면 섬모가 없어지고, 모양이 불규칙하게 찌그러지며, 건조하여 각화된 상태가 된다. 이러한 상피세포는 미생물에 취약해져 질병에 감염되기 쉬워진다. 특히 레티노익산은 상피세포의 정상적인 구조와 기능을 유지하는 데 꼭 필요하다. 레티노익산은 미성숙한 상태의 각질세포(Kerationocyte)의 분화를 직접적으로 유도하여 성숙한 상피세포가 되도록 도와준다. 조직세포 내에서 CRBP와 결합된 All-trans retinol은 all-trans retinoic acid로 산화되며, 이성체인 9-cis retinol로 전환되었다가 9-cis retinoic acid로 산화될 수도 있다. All-trans나 9-cis retinoic acid는 세포 내 레티노인산결합단백질(CRABP, Cellular retinoic acid binding protein)나 다른 구속 단백질에 의해 핵으로 이동하여 레티노익산 수용기(RAR, Retinoic acid receptor) 또는 레티노이드 X 수용기( RXR, Retinoid X receptor) 중 하나 또는 둘 이상의 수용기에 결합한다. 이런 결합에 의해 유전자 전사가 시작되어 유전자 발현에 관여한다. 또한 RXR은 다른 호르몬에 대한 핵 수용체와 헤테로다이머(Heterodimer)를 형성하여, 유전자의 반응형 요소(Responsible element)에 대한 친화력을 증가시킨다.
도움말 = 하이닥 상담약사 주준경 약사(위례중앙약국)
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