[생화학] 17.1 : 단백질의 체내 흡수

 

 

이번 포스트부터는 단백질의 흡수 및 catabolism 과정에 대해 알아보자.

 

 

carnivore, 즉 육식동물의 경우 필요로 하는 energy의 90% 가량을 amino acid로부터 충족시킴. microorganism의 경우에도 주변 환경으로부터 amino acid를 얻어와서 fuel로 사용함. 한편 herbivore, 즉 초식동물의 경우 극히 일부의 energy need만을 amino acid를 통해 충족시킴. 마지막으로 plant의 경우 amino acid를 fuel로는 사용하지 않고, 대신 amino acid를 degradation해서 다른 metabolite로 변환시키는 식으로 사용함.

 

 

amino acid oxidation이 일어나는 상황에는 여러 가지가 있음. 우선, 정상적으로 세포 내에서 protein turnover가 일어난 뒤 남는 amino acid에 대해서도 이런 일이 일어날 수 있음. 한편 우리 몸이 필요로 하는 protein synthesis needs에 비해 dietary amino acid의 섭취량이 더 많을 경우에도 amino acid oxidation이 일어날 수 있음. 마지막으로 starvation 상황, 혹은 diabetes mellitus와 같이 우리 몸이 (실제로든 아니면 그렇게 느끼는 것이든) 당이 부족하다고 판단되는 상황에서 근육 등에 존재하는 amino acid의 oxidation이 일어나 energy가 생산될 수 있음.

 

 

 

우선 dietary protein이 amino acid로 분해되는 과정에 대해 살펴보자. 이와 관련해 다양한 효소들이 등장하는데, 우선 stomach에서 작용하는 pepsin에 의해 protein이 peptide들로 쪼개질 수 있음. 그리고 small intestine에서 작용하는 trypsin과 chymotrypsin에 의해 larger peptide가 small peptide로 잘릴 수 있음. 마지막으로 small intestine에서 작용하는 aminopeptidase와 carboxypeptidase A, B에 의해 peptide가 amino acid로 분해될 수 있음.

 

 

 

 

위 표는 각종 protease들이 어떤 부분을 cleavage하는지를 나타내 보여주고 있음. 예를 들어 pepsin은 Leu, Phe, Trp, Tyr의 N terminal 부분을 끊어주고 trypsin은 Lys, Arg의 C terminal 부분을 끊어주는 식임. 그 밖에 aminopeptidase는 남은 peptide를 amino terminal부터 하나하나 끊어내는 식으로, carboxypeptidase는 남은 peptide를 carboxyl terminal부터 하나하나 끊어내는 식으로 작동하게 됨.

 

 

 

위 그림에는 protein의 소화 과정이 보다 더 자세하게 나타나 있음. 하나하나 살펴보자.

 

 

 

우선 입을 통해 음식물이 들어오면 stomach로 감. 이 때 dietary protein에 의해 위벽에 있는 gastric mucosa가 자극되고 그 결과 gastrin이 분비되게 됨. 그럴 시 gastrin에 의해 parietal cell과 chief cell이 자극을 받게 되고 그 결과 각각 HCl, pepsinogen을 분비하게 됨. 일단 HCl에 의해 위 내부의 pH가 상당히 낮은 채로 존재하므로 protein도 어느 정도 unfolding된 상태로 존재할 것임. 게다가 낮은 pH에 의해 pepsinogen이 자기자신을 끊어내서 pepsin으로 활성화되게 되어서 결과적으로 위 내부에서 pepsin에 의한 N terminus hydrolysis가 일어나게 됨. (이 때 pepsinogen과 같이 inactive한 효소 form을 zymogen이라 함)

 

 

이후 어느 정도 분해된 peptide는 small intestine으로 내려옴. 한편 위로부터 이어지는 small intestine의 초입부는 여전히 pH가 낮은 상태인데, 이 때 낮은 pH에 의해 secretin 분비가 자극되고 그 결과 pancreas에서 small intestine으로 bicarbonate가 분비되어 들어오게 됨. 결국 bicarbonate가 buffer 역할을 하게 되고 pH는 7 가량으로 맞춰짐.

 

 

 

한편 pancreas 내부의 cell들은 상당히 많은 rough ER을 가지고 있는데, 이곳에서 생산된 각종 protease들이 vesicle내에 담겨있다가 collecting duct를 통해 분비되게 됨. 이런 식으로 분비되는 protease들이 바로 trypsinogen, chymotrypsinogen, procarboxypeptidase, proaminopeptidase인 것임. 그러다가 이들이 small intestine에 도달하게 되면 endopeptidase에 의해 trypsinogen이 분해되어서 trypsin으로 activation되고, activation된 trypsin이 나머지 zymogen들도 activation시켜주게 됨. 결과적으로 small intestine 내에서 peptide가 amino acid 단위로 다 분해되게 됨. (참고로, 비록 pancreas에서 zymogen의 형태로 protease가 분비되기는 하지만, 혹시라도 active한 trypsin이 생겨서 pancreas에 damage를 줄 수도 있기 때문에 pancreas 내부에는 pancreatic trypsin inhibitor도 존재하고 있음)

 

 

 

 

마지막으로 small intestine의 villus(융모)를 통해서 amino acid들이 흡수되고 모세혈관을 통해 liver를 비롯한 온 몸으로 공급되게 됨.

 

 

 

다음 포스트부터는 이렇게 흡수된 amino acid가 어떤 식으로 catabolism 되는지에 대해 알아보자.