성기홍 전 김해교육장
우리가 섭취하는 많은 영양소 중 열량을 내주면서 우리 몸의 에너지원의 역할을 하기 때문에 많은 양을 섭취해야 하는 탄수화물, 단백질, 지방을 3대 영양소라 한다. 이중에서 단백질은 생물학적으로 중요한 유기 화합물로, 생명체 내에서 다양한 기능을 수행하는 분자이다. 단백질은 아미노산이라는 기본 단위들이 연결된 선형적인 구조를 가지며, 아미노산의 배치와 순서에 따라 고유한 3차원 구조와 기능을 갖는다. 아미노산은 펩티드 결합을 통해 단백질 체인을 형성한다. 이러한 체인의 3차원 구조가 단백질의 기능을 결정한다.
단백질은 세포와 조직의 구조를 형성하거나 지지하는 역할을 한다. 단백질을 구성하기위해 신체에서 필요한 아미노산은 일반적으로 다른 아미노산으로부터 합성하거나 음식물의 섭취를 통해 흡수해야 한다. 아미노산을 신체에서 합성하려면 매우 복잡한 단계를 거쳐야 하거나 합성이 불가능한 것도 있다.
인체에 필요한 아미노산은 21가지가 있으며, 이중에서 사람이 합성할 수 없는 9가지 아미노산을 필수 아미노산이라고 한다. 이 필수 아미노산은 꼭 음식을 직접 먹어서 흡수해야 하는 아미노산이다. 비필수 아미노산은 체내 합성이 용이한 것을 말하고, 조건적 필수 아미노산은 몸이 정상적인 상태라면 체내 합성이 되지만, 비정상인 상태일 경우 체내 합성이 어려운 것이다. 필수 아미노산과 비 필수 아미노산은 모두 우리의 삶을 지원하는 중요한 역할을 하며, 아미노산은 우리 몸의 약 20 % 또는 고체 체질량의 약 50%를 구성하고 있다.
단백질을 구성하고 있는 아미노산은 우리 몸을 구성 할뿐만 아니라 우리 몸의 필수 기능 대부분을 조절한다. 아미노산은 또한 효소나 호르몬이 되어 우리 몸을 조절하고 유지한다. 아미노산의 또 다른 중요한 기능은 신체에 에너지를 공급하는 것이다.
단백질은 생명체의 기능과 생존에 필수적이다. 섬유단백질은 세포 기질의 구조를 형성하고, 근육 조직 내의 단백질은 근육을 구성하고 운동을 조절한다. 효소는 화학 반응을 촉진하거나 억제하며, 항체는 면역 시스템에서 외부 공격으로부터 생물체를 보호한다. 또 구조 단백질은 세포와 조직의 구조적 지지체로 작용하며, 운송 단백질은 물질을 세포 간에 운반하는 등 생물학적 프로세스에서 중요한 역할을 한다.
생물체는 다양한 종류의 단백질을 가지고 있으며, 각각 다른 기능을 수행한다. 이 다양성은 아미노산 순서와 구조의 차이로 인해 발생하며, 각 단백질은 특정 환경에서 최적의 작동을 위해 진화적으로 조절된다. 단백질은 DNA의 유전 정보를 기반으로 합성된다. ‘단백질 생합성’이라고도 불리는 단백질의 합성과정은 DNA에서 mRNA로 복사된 후, 이 mRNA는 리보솜이라고 불리는 세포 구조에서 아미노산으로 번역된다.
단백질의 분자 구조가 열, 압력, pH 등의 환경 조건 변화에 의해 손상되거나 변경되면 단백질의 기능과 안정성에 영향을 미칠 수 있는데 이를 ‘단백질 변성’이라고 한다. ‘단백질 변성’은 여러 가지 요인에 의해 발생할 수 있다. 단백질은 높은 온도에 노출되면 분자 내부의 수소 결합이나 수용성 결합 등이 파괴되어 고체 상태에서의 3차원 구조가 붕괴되면서 단백질은 기능을 잃게 되는 열변성이 일어난다. 또 고압 환경에서도 단백질의 분자 구조가 변성할 수 있으며, 화학적인 물질에 의해서도 단백질의 결합이 수정되거나, 화학적 변화로 단백질의 구조가 손상되어 구조가 변경될 수 있다.
여러 가지 요인으로 변성된 단백질의 복원은 경우에 따라 매우 어려울 수 있으며, 현재까지도 그 한계와 난제가 많이 남아있는 분야이다. 고온으로 조리되어 익혀진 고기를 구성하는 열변성된 단백질이 원래의 생고기를 구성하는 원래의 단백질로 복원되는 것은 불가능하다. 열변성된 단백질을 원래의 단백질로 복원한다면 아마 인체 생명의 신비를 풀 수 있는 열쇠가 될 것이다.
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