비타민의 정의와 기능

비타민의 정의

비타민은 에너지 대사를 비롯하여 신체의 다양한 기능들을 조정하는 필수적인 물질이다. 신체에서 필요한 양은 탄수화물과 단백질, 지방처럼 많지 않으며 에너지를 낼 수 있는 물질도 아니지만, 그 기능은 에너지 발생에 있어서 중요하다.

비타민의 어원은 라틴어로 생명을 뜻하는 비타(Vita)와 질소를 함유한 물질인 아민(Amine)의 합성어이다. 초창기에는 학자들에게 아미노산의 다른 종으로 여겨졌지만, 이후에는 아미노산이 아닌 것으로 밝혀지면서 'Vitamin'이 되었다.

식물의 경우 필요한 비타민을 체내에서 합성해 낼 수 있어 외부로부터 얻을 필요가 없지만, 포유류 중에서도 사람이 포함되는 직비원류만이 포도당으로부터 비타민 C를 합성하는 유전자가 없기 때문에 반드시 외부로부터 섭취해야만 한다. 이는 생존과 관련된 환경적응과 매우 밀접한 관계를 가진다.

결국 사람은 비타민 C를 섭취하지 못하면 결핍될 가능성이 있지만 다행히도 18세기 이전에 신대륙을 발견하기 위해 배를 타고 장기 항해를 나선 선원들을 제외하고는 지금까지 비타민 C의 뚜렷한 결핍은 나타나지 않았다. 비타민은 전반적으로 그 필요량이 많지 않기 때문에 대부분은 식사를 통해 필요량을 충족시킬 수 있다. 다이어트를 하거나 섭취하는 식품의 종류가 극단적으로 제한된다면 비타민이 결핍될 수 있으므로 주의해야 한다.

 

비타민의 기능

비타민은 종류가 다양하며 그에 따라 기능도 천차만별이다. 대부분은 인체 대사에 비타민이 관여하다 보니 그 기능을 일일이 알아보는 것은 쉽지 않다. 비타민을 공부할 때 보통 비타민 각각의 어원과 구조, 대사, 기능, 결핍증, 과잉증에 대해서 배우지만 이런 학습법은 비타민이 체내에서 어떤 기능을 하는지에 대해 이해하기 어렵다. 각각의 기능과 대사에 대해 학습하고자 한다면 미량이지만 조절자로 작용하는 비타민의 통합적인 기능을 먼저 이해하고 세부 영양소별 작용 기전에 대하여 공부해야 한다.

결국 생리학적으로 몸의 통합적인 기능과 조절에 대해서 이해하고, 각각의 구성 요소가 하는 기능에 대해서 공부하고, 큰 그림 속에서 비타민이나 미네랄 같은 작은 요소들을 연결해야 한다.

 

조효소: 효소의 체내 작용을 보조하는 역할

비타민의 대표적인 주요 기능은 조효소로서의 작용이다. 조효소는 효소가 작용할 수 있도록 활성화하는 역할을 담당하는 물질이다. 효소는 단백질이며 화학반응을 촉매 하는 역할을 한다. 흔히 반응물이 효소에 결합하여 생성물을 만들어내면 효소와 떨어지는 작용을 효소반응이라고 말하는데, 이때 이 반응에 필요한 에너지를 감소시켜 주는 역할을 한다. 즉, 효소는 같은 일이 일어나는데 필요한 에너지가 적게 들게 하여 특정한 화학반응이 일어나는 속도를 증가시키거나 전체적인 양을 늘려주는 역할을 한다. 체내에는 1,300여 가지 효소가 존재하는데, 그중 1/4은 조효소를 필요로 한다. 조효소는 단백질인 효소가 정상적인 기능을 하기 위해 반드시 필요한 요소이기 때문이다.

비타민 C는 콜라겐, 도파민 등 다양한 물질 합성에서 조효소로 사용되며, 비타민 B군 중 티아민, 리보플래빈, 나이아신, 판토텐산이 에너지 물질인 ATP를 만들기 위해 영양소가 대사 될 때 조효소로 작용한다. 이때 사용되는 조효소들이 에너지 대사에서 많이 본 NAD(Nicotinamide adenine dinucleotide), FAD(Flavin adenine dinucleotide) 같은 물질이다. 비타민 중에서 가장 필요량이 많은 것이 비타민 C이다. 우리나라의 경우 비타민 C의 권장섭취량이 100mg인데, 다른 비타민의 필요량을 모두 합쳐도 비타민 C보다 적으며, 그만큼 다양한 영역에서 사용되고 있다.

비타민 C는 우리 몸에 존재하는 단백질의 30%를 차지하는 콜라겐(Collagen) 합성에 필요하다. 콜라겐 합성하는 효소 중 3가지가 비타민 C를 조효소로 사용하기 때문에 비타민 C가 부족하면 콜라겐 합성에 문제가 생긴다. 그 결과 나타날 수 있는 대표적인 증상이 바로 '괴혈병(Scurvy)'이다. 그러나 식품의 구성변화, 가공식품에 비타민 C 첨가, 비타민 C 영양제의 섭취로 인해 현재는 찾아볼 수 없는 질병이 되었다.

 

항산화: 세포의 노화를 촉진하는 산화억제

세포 내 물질은 항상 일정하지는 않다. 특히 산소는 우리 몸을 구성하는 원소 중 가장 질량비가 높은 원소이다. 산소는 전자를 잘 잃지 않으며 주변의 전자를 끌어당기는 성향이 강하다. 이렇게 주변의 전자를 끌어당기는 성향이 강한 산소가 다른 원소와 결합하여 분자를 이루는 과정을 산화라고 한다.

산소가 지방산이나 철과 결합하여 전자를 뺏어가는 경우가 많은데, 이렇게 전자 하나를 더 가진 산소를 활성산소(ROS: Reactive Oxygen Species)라고 한다. 활성산소가 문제가 되는 이유는 반응성이 매우 강하여 세포 내 물질 어디에나 결합하기 때문인데, 특히 지질로 구성된 세포막에 결합하여 세포막을 해치면 세포 기능에 장애가 발생한다. 따라서 세포는 이러한 산화 반응에 대응하기 위해 항산화 시스템(Anti-Oxidation)을 갖추고 있다.

항산화는 특정 영양소의 기능이 아니라 전체적인 항산화 물질의 시스템 작용이다. 우리 몸은 30조 개 이상의 세포가 세포막을 통해 서로 경계를 이루며 독립적이고 상호 협력적인 관계를 유지하고 있다. 이러한 생명 활동을 위한 에너지 대사는 필연적으로 산화물질을 만들게 되는데, 이때 산화된 물질을 환원시키면서 스스로 산화되는 물질을 항산화제라고 한다. 

세포막은 지질로 구성되어 그 내부에는 수용성 물질이 쉽게 들어올 수 없다. 지용성 비타민인 비타민 E가 세포막 내부에서 항산화 역할을 하며 세포막을 안정적으로 지켜주고 있는데, 이 작용으로 우리는 생명 활동을 하고 있다. 비타민 C는 수용성 비타민이므로 세포막 외부 환경에서 항산화 역할을 하고 있으며 산화된 비타민 E를 복구하는 역할을 담당한다. 이러한 비타민 C를 가장 많이 필요로 하는 곳이 바로 백혈구인데, 우리 몸의 면역에 있어 가장 중요한 기능을 하는 백혈구는 세균과 바이러스를 처리하면서 많은 비타민 C를 필요로 한다.

 

호르몬으로서의 역할

비타민에는 수많은 기능이 있지만 비타민 D는 지용성 비타민으로 세포막을 쉽게 통과하여 세포질의 수용체와 결합한 후 핵으로 들어간다. 핵으로 들어간 비타민 D는 유전자 활성에 영향을 주고, 특정한 단백질의 합성에 영향을 주는 호르몬으로서 작용한다. 피부에 햇빛을 쬐면 자외선 작용에 의해 콜레스테롤의 일부 구조가 깨지면서 비타민 D로 전환되고 이렇게 피부 밑에서 만들어진 비타민 D는 간과 신장을 거쳐 활성형 비타민 D로 대사 된다. 활성 비타민 D는 칼슘결합단백질 합성을 유전적으로 조절하여 세포에서 신경전달물질로 작용하는 칼슘이 안정적으로 작용할 수 있게 한다.

 

위와 같이 비타민에 대한 정의를 공부하고 세 가지 역할로써의 비타민의 기능에 대해 알아보았다.