Transcript 영양화학(중간)

1. 영양 화학
건강
건강과
식생활
• 병이 없거나 허약함이 없는 것만이 아니라 신
체적·정신적·사회적으로 완전히 양호한 상태를
말한다.
• 식생활 습관과 영양은 질병 예방에 도움이 됨
• F: Food 연령에 맞는 적절한 식사
• E: Energy and Weight Control 연령과
성별에 맞는 체중관리와 에너지 섭취조절
• E: Exercise 개개인에게 적합한 운동
• D: Diversity of Diet 다양한 식품과 음식 선택
식생활에 영향을 미치는 요인
1) 생리적 필요
• 체내 기능 수행 시 영양소가 필요하면 나타나는 생리적인 현상
2) 심리적 요구
• 심리적 보상 수단, 스트레스 등을 해결하는 데 이용
3) 사회적 요구
• 기쁨을 나누거나 슬픔을 함께 하면서 음식을 먹는다.
식습관에 영향을 미치는 요인
1) 역사적 환경
• 음식의 종류 ,섭취량, 원료처리, 조리방법, 식기구, 식사방법 등에
의해 형성되어 대대로 내려온 한 나라의 식문화
2) 사회․경제적 환경
• 부모가 영양과 건강에 관심이 있을수록 좋은 식습관과 영양 상태
를 보인다고 한다.
3) 가공식품과 외식산업의 발달
• 우리 식생활은 가공식품과 외식산업의 발달, 각종 편이식품, 간편
식품 등의 섭취 증가로 크게 변화하고 있다.
한국인을 위한 식사지침과 생활지침
(1) 한국인의 건강을 위한 식사지침
(2) 국민건강생활지침
① 다양한 식품을 골고루 먹는다.
① 청결을 유지한다.
② 정상체중을 유지하고 운동을 꾸준히 한다.
② 음식은 싱겁고 가볍게 골고루 먹는다.
③ 식사는 즐겁게 한다.
③ 예방접종과 건강진단을 때맞추어 받는다.
④ 지방은 총 열량의 20% 이하로 섭취한다.
④ 과음하지 말고 담배를 피우지 않는다.
⑤ 채소와 과일, 우유와 유제품을 가능한 한
매일 먹도록 한다.
⑤ 일하며 보람 찾고, 즐거운 마음으로 생활한다
⑥ 짜게 먹지 않는다.
⑦ 치아 건강을 유지한다.
⑧ 술, 담배, 카페인 음료 등을 절제한다.
⑨ 식생활 및 일상생활의 균형을 이룬다.
⑥ 공공질서를 지키고 안전사고를 예방한다.
식품과 영양
식품
• 인간의 생명을 유지하고 성장·발달에 도움을 주며 건강
을 유지하는 데 필수적인 영양소를 제공해 주는 물질
영양
• 생명체가 생명의 유지, 성장, 발육, 조직의 정상적 기능,
에너지의 생성을 위해 음식물(diet)을 이용하는 과정
영양소
섭취하는 식품 성분 중 생명의 성장, 발달 및 유지에 필수적인 물질
1. 영양화학의 학문적 의의
논리와
인간의 생명을 중심으로 하는 생명과학
실제를 다루는 학문
화학적으로 연구하는 학문
 인간의 생명을 유지시키는 건강을 영위하여 나가기 위해
 인체가 필요로 하는 영양소의 성질과 (고찰하고)
 인체내에서 영양소의 이용을 (밝히기 위해서)
=> 인체가 필요로 하는 음식물과 그 이용 및 변화를
화학적으로 연구하는 영역
(생명과학 중 인간의 생명을 중심으로 하는 논리와 실제를 다루는 학문)
1. 생물의 기본적인 소망(본능)
개체보존 본능 : 영양을 관리하면서 건강하게 살아가려는 본능
종족보존 본능 : 가족, 집단(사회) 형성 본능
2. 영양소(Nutrient) : 영양의 목적을 위해서 섭취하는 모든 물질
생명체가 생명활동을 하는데 필요한 물질
(생명을 유지, 성장, 정상적인 활동과
재생 및 번식등의 활동)
영양소의 종류 및 생체에서 역할
당질
비타민
Energy yielding
Constitution
Nutri.=> 생체내에서 산 Nutri.
화되어 energy 공급영양 생체의 조직, 혈액,
소
골격을 형성, 소모
Regulatory Nutri.=> 모 물질의 보충
든 물질이 대사될 수 있
도록 보조하는 역할
물(60%~70%)
세포, 조직의 체액
영양소
분포하는 식품의 종류
→ 그 함량이나
질이 다르다.
지방질
단백질
무기성분
이용하는 방법
→이용 정도가 다르다
3. 영양(Nutrition) : 생명현상을 이끌어 나가는 모든 현상
외부에서 섭취한 음식물 → 체내에 필요한 형태로 변화시켜
생명을 유지하고, 성장하며
정상적인 활동을 하는데 이용하는 모든 현상
즉, 1) 영양소에 대한 화학적인 해석
2) 영양소의 이용방법 → 체내에서 산화 분해반응과
생합성반응의 대사론적 추구와
관련 energy론
3) 영양소의 생명체 존속에 대한 생물학적 판정 등
영양소와 인체와의 상호작용을 생화학적으로 연구
2. 영양화학의 중요성
1). 영양화학의 연구영역 (연구는 19C 시작)
① 영양물질들의 발견
② 영양물질들의 구조결정 <= 분석 기술의 발달
③ 단백질, 핵산 등 고차원 구조 해석 <= 분석 기술의 발달
④ 생화학 대사의 복잡한 mechanism규명(인체에서 이용되는 과정)
<= 방사성 동위원소 기술
⑤ 인간의 생명을 연장시키는 근본적인 연구. 노화예방, 성인병 예방,
<= 최근 연구 영역
영양 과잉증 문제, 영양소 섭취의 불균형 문제
2). 관련학문(도움을 받는 기초 학문)
생화학, 식품화학, 미생물학, 위생학, 식품저장학, 분석화학,
인체생리학, 영양생리학과 밀접한 관계
3). 응용분야
1) 자연과학 분야 : 농학, 의약학, 간호, 보건학, 가정학
2) 사회과학 분야 : 학교급식, 아동복지, 고령화 문제
3) 관련연구기관 : 식품을 생산하는 산업체의 연구소.
건강관련 임상 연구소.
※산업체의 전문가
3. 영양화학의 발전역사와 연구방법
영양화학의 연구 : 개체 수준(인간,생물체)
--→ 분자수준(영양소)으로 연구 진행
1) 기본적인 연구 : 영양소의 물리화학적 성질 연구 (분자수준)
2) 영양소 영양가 판정 (식품의 품질 판정)
화학적 방법 : 영양소 분석에 의한 영양가 판정하는 간접적 방법
생물학적 평가 방법 : 사람, 실험동물을 이용한 영양가 판정법.
생명체내에서 영양소 이용률을 알 수 있음.
3) 동물실험법 : 영양소를 음식물로 섭취 했을때
→생체내에서 변화와 생체의 반응을 조사
영양소의 생물학적 성질(각 생명체에 대한 영향)을 실질적으로 검증.
∴ 영양소의 질적인 의미와 양적인 의미를 모두 연구
영양소의 실질적 이용가치와 필요량 결정 (과잉증)
4) 새로운 식품의 개발(미래의 영양 연구 방향)
가공된 instant식품→천연 식품, 기능성 식품 개발이 활발히 진행
과제 : 기능성의 판별과 종합적인 검증이 과제
4. 인체 구성물질들의 기본적인 성질
생명체 : 유기화합물(탄소원자를 골격으로 구성된 화합물)
→ 다양하고 복잡한 복합체
1. 생명체내 존재 유기화합물의 관능기(작용기, 기능기)
1) 개념 : 생명체의 영양대사에서 반응을 주도하는 원자단
(기) → 몇 개의 원자들 집합체
2) 종류 : <생명체내 주요 관능기>
〔표 1-1〕생체내 주요 관능기 (뒷장)
명 칭
관능기 분 류
성 질
알킬기
수산기
알데히드기
케톤기
카르복실기
니트로기
아미노기
설포산
에틸결합
산아미드기
결합
R-OH
-CHO
=CO
-COOH
-NO2
-NH2
-SO3H
-O-CO-NH2
소수성
극성, 중성
극성, 약산성
극성, 환원성X
극성, 강산성
극성, 소수성
극성, 염기성
강산성
알칸
알코올, 페놀
알데히드
케톤
카르복실산
니트로화합물
아민
설폰산
에테르
아미드
예 종
동종의 유기화
합물 에탄올,
페놀
아세트 알데히
드
아세톤초산,
안식향산
니트로벤젠,피
크린산,아닐린
,
무극성,불용성 메틸아민
극성
벤젠설폰산
이에틸에테르
글루타민
2. 생명체 구성 유기화합물들의 이성질체
1) 개념: 같은 분자식을 갖는 화합물(동일 종류의 원소와 수로 형성된
화합물)
→각각 성질이 다른 화합물(구조와 형태, 입체모양이 다름)
2) 종류: ① 구조 이성체 (사슬, 위치, 기능기 이성체)
C4H10-butane(CH3CH2CH2CH3),
2-methyl propane((CH3)2CHCH3)
② 입체 이성체(기하이성체, 광학이성체)
•
Ex) CH3OCH3(디메틸 에테르) , CH3CH2OH(에탄올) 는 실험식은 C2H6O로
동일하지만 구조식은 다름.
3. 인체성분과 식품성분과 세포성분
생명체는 영양소를 외부로부터 끊임없이 섭취
→ Energy로 변화
→ 자신의 체성분으로 전환
예) 성인 1일 섭취하는 음식물(식품)성분의 양과 인체를 구성하는
성분의 함량과 세포의 성분(수분을 제외)의 비교
1일섭취
식품의 양
수 분 2ℓ
단백질 70g
지방질 50g
당 질 400g
무기질 수g
비타민 수g
인체 성분
수 분 61%
단백질 17%
지방질 16%
당 질 0.5%
무기질 5.5%
비타민
사람 세포내
성분량(1개)
단백질
70%
핵 RNA 10%
핵산 DNA 5%
지방질
6%
인지질
4%
다당류
5%
① 수분 : 생명현상에 중요한 구성 요소로서 역할
② 당질 : 다량섭취 ----------------→ energy로 전환, 대부분 산화분해
4. 인체의 성분과 영양소
1) 개체(생명체)의 형성
세 포(고도로
분화된 여러 종류)
조직과 장기
기관
2) 개체(생명체)의 특성 : 외부환경에 끊임없이 적응해 가면서 자신
들의 내부환경에 대한 항산성을
유지하는 정밀한 정밀한 제어와 방어의
mechanism을 갖음. (재조절)
섭취된 식품은 인체를 구성하는 성분과
판이하게 다름
개체(사람)
3) 인체 구성 원소
지금까지 알려진 109종 원소중 약 50여종이 인체의 조직과 체액에서 발견
이중 25종 (유기화합물 형성 주요 원소 4종 + 무기성분 원소 21종)이
필수 영양소로 알려져 왔음.
O.C.H.N
주로 유기 화합물의 구성원소
Ca ……… Mg
7종의 원소는 체중의 0.05% 이상 분포하고 매일 식품으로서
100mg이상 섭취량 성분 : 다량 무기원소 (다량 무기질)
Fe …… Sn
14종 원소는 체중의 0.005% 이하이고 매일 식품으로서
100mg 이하의 섭취량 성분 : 미량 원소(미량 무기질)
 생명체 구성 무기성분(원소) : 원소 주기율표상의 좌측 금속성 원소 : 양 ion
원소 주기율표상의 우측 비금속 원소 : 음 ion
 우리의 몸을 구성하는 각 조직별 영양소 성분의 함량 비율 (%) :
수분(약 61%~70%), 단백질(14~16%), 지방질(12~14%), 무기염류(약 5%)
이며 당질은 섭취량이 많으나 동물체 조직에는 소량 존재
※ 물의 기능
① 생체반응에서 용매
② 반응물질과 생성물질의 운반, 분비, 배출
③ 산, 염기 평형 및 체온조절
④ 세포의 물리적 상태유지
⑤ 영양소의 섭취, 소화, 흡수 및 배설 등에 관여
2. 인체의 구조
인체내의 생명현상과 영양소 대사 이해 → 인체구조 이해가 필요함
생명현상과 영양소 대사
→생명체 조직의 기본단위인 세포내에서 이루어짐
생체분자의 변화 조직, 기관등 부위별 대사 → 영양생리학
1.인체의 기관과 조직
1.기관(organ)
1)개념 : 생명체내 일정한 구조와 기능을 갖는 계통적 기관
2)종류 (일정한 기능에 따라 분류)
(1) 소화기계 : 고분자 상태 영양소를 기본단위 저분자 물질로 분해
(체내에서 흡수), 소화 효소
소화관 : 구강– 인두- 식도- 위- 소장- 대장- 항문
부속기관: 간장, 담낭, 췌장,타액선
2. 인체의 구조
② 순환기계 : 혈관계와 림프관계로 구분
혈관계 : 심장 펌프작용으로 혈액을 전신에 수송, 순환시킨다.
산소, 영양소를 외부→세포로 운반,
탄산가스, 노폐물을 세포→외부로 운반, hormone
ex) 문맥순환계, 폐순환계
림프관계 : 지방질의 이동 경로(면역물질, hormone일부)
③ 내분비계 : 정보전달물질인 hor. 분비하여 세포의 기능을 제어하여
생체내부 환경을 유지하는 역할
④ 비뇨기계 : 소변을 만들어 배설하는 기관
(노폐물의 배출기관, 수분량, pH, 전해질, 삼투압등
항상성 유지 ex) 요소
⑤ 신경계 : 여러 가지 장기의 기능을 통합, 억제하는 정보 전달 역할
중추신경계, 말초신경계 : 자율신경 , 운동신경
⑥ 감각계 : 미각 (혀의 미각 수용기 → 뇌신경) : 맛의 종류 판별
2. 인체의 구조
2. 세포 소기관들 분리
조직을 마쇄→원심분리법
3. 조직
1) 개념: 동일한 형태와 기능을 갖는 세포가 배열된 집합체로 기관을 구성
2) 종류 :
① 상피조직: 신체의 각 부위(피부, 소화관, 혈관) 안팎을 덮어주는 조직,
얇은 막으로 기관보호, 물질흡수, 수송, 분비기능
② 결합조직 : 조직과 조직 사이의 연결, 채우는 조직
③ 지지조직 : 일정한 형태유지, 신체의 지주 역할
④ 근육조직 : 근육 형성 조직, 수축성 있는 근육섬유 형성,
근육섬유 → 평할근(자율신경조절), 횡문근(골격근육)
⑤ 신경조직 : 신경세포와 신경섬유로 구성 → 1개 단위를 신경 단위
2. 인체의 구조
2. 세포의 구조 및 기능
생물체 세포(prokaryotic cell) : 세포내 소포체 구분이 없음.
ex) 세균, 남조류
(eukaryotic cell) : 세포내 소포체 구분이 있음.
ex) 다세포 생물
인간 6×1023 여개 이상의 세포로 구성.
구조적 특성과 기능 : 1) 세포막 (cell membrane, plasma -)
2) 세포질 (cytosol, cytoplasm), 3) 핵 (nucleus)
4) 미토콘드리아(mitochandria) , 5) 소포체 (endoplasmic
reticulum)
6) 리보솜 (ribosome), 7) 골지체(golgibody)
8) 리소솜 (lysosame), 9) 퍼옥시소옴(peroxisome)
10) 생체 고분자
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
1.소화의 필요성
사람은 생명 유지를 위해
→ 필요한 물질(O2, 영양성분)을 외계로부터 얻음.
음식물 성분 중 → 수분, 무기질, 유리 Vitamin류, 단당류,
유리아미노산 등은 원형그대로 흡수 이용. (식품내 영양소)
이 외의 영양소 대부분 → 당질, 지방질, 단백질은 고분자 화합물질
∴ 생명체가 흡수를 위해서 작고 간단한 화합물로 변화
→ 소화(Digestion)작용
(ex. 단백질,peptide →아미노산,
다당류→단당류,
지방질 → 지방산 + 글리세롤로 분해)
2.소화기관
- 소화작용을 하는 기관 → 소화기관(digestive tract)이 필요
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
3.돕는 과정
- 조리 : 소화작용이 쉽고, 기호적 특성을 증진
- 기호적 특성 증진 : 식품의 아름다움 증진(색, 맛, 향)
→ 맛의 향상
→ 소화액의 분비 촉진과 소화기관의 활동 촉진
4.소화종류
- 기계적 소화
- 화학적 소화
- 생물학적 소화
신경, 내분비 작용→ 미묘한 조정
소화관 부분간 상호작용 → 상호 연락
5.흡수 (소장 점막상피세포)
- 완전한 소화로 생성된 영양성분
→ 소장 점막상피세포 → → → → → 체내로 흡수
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
1. 소화(Digestion)
1. 소화기계(digestive system)
소화가 이루어지고 흡수작용을 하는 소화기계의 소화기관
구강 → 인두 → 식도 → 위 → 십이지장 → 소장 → 대장
부속기관 : 췌장, 간장, 담낭 → 기관을 총체적으로 소화기계
(1) 구강 : 상하치열의 뒤쪽 공간, 3개 타액선(귀밑샘, 턱밑샘, 혀밑샘)과
작은타액선이 분포
↓
(2) 인두 : 목구멍 뒤쪽 편평한 funnel상의 관 (기도 경함),
음식물 닿으면 반사적으로 삼킴
식도 : 음식물을 위로 수송하는 수송관 (약 25cm),
근육 꿈틀운동으로 수송, 액체 0.5-1.5초, 고형물 5-10초
↓
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
(3) 위 : 소화기관 중 지름이 최대(∴ 시간적 저장 기능),
분문(식도 연결),
유문(소장 연결부)
위체부, 위저부가 있고 내부는 점막으로 덮여 있음.
위선은(위저선) → 주세포 : pepsinogen을 분비, 벽세포 : HCl을 분비, ↓
지주 세포(부세포) : 점액분비,
유문부의 분비선 → 점액분비
(4) 소장 : 소화, 흡수의 중심기관
① 십이지장 : 위의 유문 아래쪽 약 25cm 정도이며, 수담관과 췌관이 연결
② 공장
: 십이지장 아래쪽 소장의상부 2/5
③ 회장
: 〃
〃
나머지 3/5
- 소장 점막세포에 주름들이 많이 분포
(상부 → 큰주름이 조밀, 하부 → 주름이 작고 적다)
주름 표면에 융모가 밀생(0.5-1mm 500만개), 융모 표면은 구상 상피세포
(점막상피세포)로 덮여 있고, 표면에 미융모(0.1×1μ로 약 1000개)가
있고 끝에 당피(glycocalyx)가 그물모양
융모내 → 신경, 모세혈관, 유미관이 발달
→ 수축작용 영양소 흡수, 뿌리 끝에 장선이 분포
∴ <내부 표면적 증가 → 음식물과 접촉면적 증대 → 흡수면적을 크게 한다.>
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
(5) 대장 : 소장보다 지름이 크고, 길이 1-1.5m 점막에 주름과 융모가 없음.
맹장, 상행, 횡행, 하행, S자 결장, 직장, 항문까지
→ 소화작용은 없으나 여러가지 기능을 갖음.
2. 소화의 종류
기계적 소화 :
고형물
반 고형물
즙액
수송(동작)
운동(연동, 분절운동)
파쇄(저작)
소화액소화 효소
화학적 소화 :
큰 분자
가수 분해
작은 분자 흡수 가능한 형태
대장내 세균
생물학적 소화 :
미 소화물
(cellulose등 영양소)
산, gas, 기타 생성물
발효
분비작용
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
※ 소화관 hormone
- 소화 hormone 역할 : 소화관의 운동기능
소화효소의 분비기능을 조절
- 소화 hormone의 종류(4종류)
secretin, pancreozymin(십이지장), gastrin, cholecystokinin(위)
- 소화관으로부터 20종 이상의 peptide hormone이 발견되었는데
→ 생리활성이나 신경전달의 조절.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
3. 소화관내에서 소화
1) 구강내에서의 소화
- 음식물이 구강내에서 머무는 시간은 일정치 않으나
→ 저작(씹기), 교반에 의해 타액과 혼합된 다음 소화되도록 돕는다.
1) 저작 (chewing, 씹기)
음식물 ----------------→ 미세화 --------------→즙액
기계적 작용인 파쇄,
혼합
- 저작의 효과
① 음식물의 미세화로 소화액과 혼합, 식도의 통과가 쉽다.
② 소화선 자극으로 소화액 분비 촉진 → 소화 돕는다.
③ 식품의 맛을 좋게 (저작 → 미뢰자극) → 식사를 즐겁게 한다.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
2) 타액의 분비
① 분비량 : 1L(0.5-2L)/일
② 소량이 계속 분비되나 신경적자극 (시각, 후각, 청각등 감각작용),
기계적 자극(음식물이 미각, 지각 신경을
직접자극)으로 다량분비
③ 귀밑샘(ptyalin이 풍부), 혀밑샘(mucin이 풍부, 설선지방 분해효소),
턱밑샘(양자의 중간 물질), 소구강선
3) 타액의 성분과 작용
- 타액의 조성 : 물 99%, 고형물 0.7-1%, pH 5.5-7.6 (6.3- 6.8)
- 고형물의 종류
① 효소
: 타액(salivary) α-amylase(ptyalin), 설선(lingual) lipase
② mucin : 당단백질(glucosamine + glucon산, 초산, 황산)
타액의 점조성 부여, 점막보호, 연하를 돕고,
효소작용을 지속시키는 역할
③ 무기염류 : Na+, Cl-, K+, HCO3- 등 → K+ 염으로 용해,
타액 점조성 관여
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
2) 위내에서 소화
- 음식물은 위내에서 위액과 혼합되고, 작용을 받아 반유동성 산성
미즙(chyme)으로되어 조금씩 십이지장으로 보내진다.
1) 위의 운동과 위액의 분비
① 위의 운동(연동)
식후 10분쯤부터 음식물을 위액과 기계적으로 뒤섞는 위의 수축운동
촉진요소 : 음식물이 다량, 자극성 조미료(고추, 후추 등) 마늘,
양파, 파, 야채추출물, 술, 커피, 젖산, 중조
억제작용 : hormone의 작용 → 지방질이 십이지장 이르면
enterogastron(gastric inhibitory polypeptide)이라는
hormone이 위의 운동억제
② 위액의 분비
위액 : pH 2.0 전후(1.5～2.0)의 강산성 용액, 2.0～3.0ℓ/日 분비,
수분이 99.4%, 나머지가 효소, 위염산, 점액성분이다.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
- 분비조건
: 신경적 자극(감각, 저작, 연하등으로 미주신경을 통해 분비)
: 기계적 자극 → 음식물이 위벽을 자극 → 위액 분비
: 음식물 → 육즙, 수프, 단백질, 아미노산 → 위액 분비 촉진
: hormone progastrin(위점막) → gastrin → 위액 분비
: 지방질 소장에 유입 enterogastron 분비 → 위액 분비억제
③ 위액의 성분 → 염산, pepsin, rennin, lipase, mucin, 기타 무기ion 등
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
2) 위 염산에 의한 소화
염산액 분비 : 위체부 벽세포의 점막 분비→직후의 농도 0.1N (pH 0.87)
희석되어 pH 1.6-2.0
유아의 위액(pH 5.0)→생후 1년(pH 2.5)→그 후 pH(1.6-2.0)
생합성
: NaCl+H2O+CO2 -→HCl(위)+NaHCO3(혈액)
- 위염산의 기능
ⅰ) 위액의 pH조절(pepsin의 opt. pH)
ⅱ) pepsinogen → pepsin으로 활성화
ⅲ) 소화작용 돕는다. (단백질을 변성, 지방구 파괴, fructose 함유
2당류, 다당류 분해, 핵산단백질을 핵산+단백질로 분해)
ⅳ) 위의 연동을 조절
ⅴ) 십이지장에서
secretin 분비를 자극 → 췌액의 분비를 촉진
ⅵ) 살균작용 →
소화관내 병원균 침입방지, 발효 및 부패방지
ⅶ) colloid상의 Fe(OH)3 → 환원 Fe++(흡수 촉진2-15배)
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
3) pepsin에 의한 소화
pepsin 분비 : 위점막의 주세포(chief cell) opt. pH 1.6-3.5
HCl, pepsin
pepsin-pepsin inhibitor
pepsinogen(분비형태)
활성화
5 peptides
HCl
pepsin +
pepsin-pepsin inhibitor(complex)
Glu
반응기작
+
C
Phe
Asp
C
Cys
O
응유작용 : 우유의 응고
Glu
N
pepsin inhibitor(pH 5.4이상에서)
NH
Tyr
O
Leu
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
4) Rennin에 의한 소화
Rennin 분비 : 유아, 어린송아지 위, chymosin, rennet,
lab-enzyme, opt. pH 4.8
기능 : MW 40,000의 pepsin과 유사한 효소 →유즙을 응고
HCl
활성화 : prorennin --------→ rennin
반응기작 : casein--→pepton + paracasein + Ca++
→Ca-paracaseinate(불용성 응고)
5) Lipase에 의한 소화 : 타액선 Lipase로 opt. pH 가 높아
유아에게는 소화작용(pH 5.0)
6) Mucin : 보호작용(위 염산의 완충작용,pepsin의 안정),
vitamln B12 흡수촉진(적혈구 생성)
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
나) 췌액의 분비
- 분 비 : 위의 하부의 길다란 장기 췌장에서 분비→췌관을 통하여 분비되어
십이지장에서 담즙과 합류
점조성 액체, 0.7L(0.5 - 1.5L)/日 분비,
pH 8.0(7.5-8.4) alkali성 액체 → 산도 중화하여 십이지장
점막 손상 방지
고형물1.3%로 많은 효소와 무기성분을 갖는다.
- 분비조건
1) 신경적 자극 : 식후 1-2분 식욕반사 자극으로 2-3시간 분비.
2) 기계적 자극 : chyme이 십이지장 자극→십이지장 점막에서
H+
prosecretin ---→ secretin → 혈증 → 췌액분비촉진(NaHCO3 많음)
pancreozymin ---→ 단백질 소화효소 많은 췌액 분비.
3) 음식물(화학적 자극) : 지방산, histamine 영향.
식품에 따라 → 조성이 다른 췌액 분비.
전분질 식품이 많으면 amylopsin 이 많은 췌액 분비.
protein이 많은 음식물
→ trypsinogen을 다량 함유한 췌액 분비.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
- 분비효소
pancreatic protease : Trypsinogen, Chymotrypsinogen
: procarboxypeptidase(A,B) proelatase.
pancreatic amylase : amylopsin(α-amylase일종).
pancreatic lipase
: steapsin, procolipase, phosphalipase,
cholesterol esterase.
nuclease : RNase, DNase.
다) 간장과 담즙
① 구조
- 간은 인체에서 가장 큰 장기로서 성인은 체중의 약 2% 중량
간세포가 다수 모여 → 간세포 다발(hepatic cell cord)을 만들고,
→ 방사상으로 정맥을 둘러싸 간 소엽을 구성(구조상 기능상 단위),
→ 간소엽이 많이 모여 → 간을 형성.
② 혈관
문 맥 : 소화기관 → 간장에 들어가는 혈관(영양소 65-75%).
간정맥 : 간에서 나가는 혈관.
※ 간장 밑에 담낭(쓸개)이 있다.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
③ 간의 기능
1) 영양소를 저장했다가 필요에 따라 방출(glycogen).
2) 영양소의 생합성 .
(glucose, glycogen, 중성지방질, 인지방질, chloesterol,
ketone body, 혈장단백질, creatine).
3) 영양소의 산화분해 (지방질, chloesterol,Alcohol).
4) 담즙의 생합성.
5) 대사의 조절(혈장단백질, 혈중포도당, hormone의 불활성화).
6) 노폐물 처리(요소합성, cholesterol대사).
7) 유독물질(흡수, 대사결과) 무독화 → 체외로 배출.
8) steroid hormone의 환원과 conjugation(조합).
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
담즙(bile juice)
간장에서 생성되어 담낭에 저장, 농축
→ 담낭의 수축으로 수담관(총담관)을 통하여 십이지장에 방출.
ⅱ) 종 류
- 간담즙 : 간에서 만들어져 십이지장에 직접 분비.
- 담낭담즙 : 간에서 만들어져 → 담낭에서 저장(4-10배 농축)
→ 수담관을 통해 십이지장에 분비.
ⅱ) 성 질
- 묽은 황색 액체(hemoglobin 유도체 → 황색의 bilrubin)
산화되면 → 녹색의 biliverdin.
(담낭에서 농축되면 흑녹색 점조 액체) → 대장에서 환원되면 다시 황색.
- pH 6.9 - 8.6 (7.7)의 약 alkali성 0.5-1ℓ/日, 쓴맛 (담즙산)
ⅲ) 분비기작
- 미주신경이 식욕반사로 자극을 받는 경우.
- 음식물(지방질이 많음)이 십이지장 점막 자극,
→choleocystokinin(hormone) 이 분비 → 혈액 → 담즙분비 촉진.
- 장벽으로 재흡수되는 담즙산염 → 분비촉진.
- 고단백식(난황, pepton), 고지방식(크림) → 분비작용 촉진.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
ⅳ) 담즙의 성분
- 담즙의 성분으로는 담즙산염, 담즙색소, mucin,
지방산염, cholesterol, lecithin, 무기염류등이 있다.
- 담즙산염(7.3%)
☞ 담즙산은 cholesterol로부터 4가지가 생합성 되는데
☞ cholesterol → chenodeoxycholic acid(30%) → lithocholic acid(5%)
→ cholic acid(50%) → deoxycholic acid(15%).
☞ 이들 유리 담즙산(독성)은 glycine 이나 taurine과 결합
→ glycocholic acid : 사람담즙 多
→ taurocholic acid : 육식동물담즙, 어린 유아들에 多
유즙중의 지방이나, lactose소화를 촉진, 장내 발효를 억제.
☞ 이들은 장내에서 Na,K와 염을 형성하여 담즙산염 형태로 존재.
☞ 역할 → chyme의 중화, 지방의 유화제,
lipase작용의 촉진과 생성물의 장막침투 촉진으로
TG(중성지방), cholesterol의 소화, 흡수를 돕는다.
- 담즙색소(4.44%)
노화된 적혈구가 간장, 비장, 골수에서 분해 → heme이 생성되고
이 heme이 분해되어 → 철은 재이용되고 biliverdin(녹색)생성
→ 환원되어 bilirubin(황색)
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
2) 소장에서 (화학적) 소화
음식물들은 소장내에서 강력한 효소의 연속적 작용을 받아 소화가 완료
→ 흡수
① 소장내에서 당질의 소화
ⅰ) 췌액amylase(amylopsin)의 작용
opt.pH 7.1(6.9)의 α-amylase로
전분, dextrin, glycogen의 α-1,4-glycoside결합을
무작위로 절단 분해 → dextrin, maltose, isomaltose, glucose,
로 만든다.
ⅱ) 장액에 oligo-α-1,6-glucosidase가 있어
α-1,6-glycoside 결합을 분해하여 직쇄사슬의 dextrin을 생성.
→ 췌액 amylase로 계속 분해하여
maltose와 glucose로 분해된다
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
ⅲ) maltose, sucrose, lactose등 2당류는
장벽중의 소화효소인 maltase, sucrase, lactase로 소화 되는
막소화(membrane digestion)라는 기작으로 소화된다.
이들 효소는 효소복합체를 만들어 대형의 분자형으로
점막에 붙어 있어 흡수 단계에 작용하여 가수분해가 이루어진다.
② 소장내에서 지방질의 소화
ⅰ) 중간 탄소수 지방질의 소화(탄소수 6-12개 지방산이 결합된 TG)
⊙ 분자의 크기가 작아서 낮은 계면활성으로 유화촉진
→ micelle상태로 가용화가 필요없이 위에서도 상당량 분해된다.
⊙ 수용성이 커서 가수분해 속도가 빠르고
췌액 lipase로 쉽게 분해된다.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
ⅱ) 긴 탄소수 지방산 지방질의 소화
⊙ 고급지방산 지방질이나, cholesterol은 물에 녹지 않아
→ 담즙산염으로 유화하여 지방입자를 미세화 한다.
⊙ 췌액 lipase(steapsin) 그림 3-6 참조
lipase
isomerase
TG -----→ α, α'지방산 가수분해 -→ β-MG(72%) -----→
-----→ α-MG(6%)
장액 lipase
-----→ 지방산 + glycerol(22%) 20-40%가 완전분해.
⊙ steapsin의 특성
- opt.pH 7.0-8.8(지방산 탄소 길이가 길수록 opt가 높다)
- 지방산 분자가 클수록, 불포화도가 클수록,
지방분자중 지방산 수 많을수록 → 활발한 작용.
- 활성화 인자 :
담즙산염 → 유화작용,
Ca++, 중탄산염 → 효소 opt.pH조절
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
ⅲ) cholesterol의 소화
- 소장 cholesterol 조성
음식물로부터(100-200mg/日, 400-1,000mg/日)
→ 유리형 및 ester형(흡수전 가수분해)으로 섭취.
담즙, 장분비물(750-1,250mg/日) → 유리형 micelle형태로 분비.
점막세포 → 극미량 분비.
소화 : cholesterol(ester형) → cholesterol esterase로 가수분해
: 유리cholesterol + 유리지방산
cholesterol(유리형) → 흡수(담즙산염과 micelle형성)
ⅳ) 인지질의 소화
- Lecithin은 소장 점막중의 phospholipase에 의해 지방산으로 분해
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
지용성 비타민의 소화
지용성 Vitamin
췌액 lipase
steapsin
유리형
지방질 경로로 흡수
점막 esterase
③ 소장내에서 단백질의 소화
- 음식물내 단백질은 위의 pepsin의 작용을 받아 일부 분해되어
chyme(죽모양 산성음식물)형태로 십이지장 통해
소장에 들어오면 췌액과 담즙에의해 pH 6.5-7.5로 상승하여
→ pepsin의 작용은 억제되고, 소장내 효소작용으로 소화됨
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
가) 췌액에 의한 소화 → 먼저 분비된 소화액의 활성화
췌액 protease
zymogen(불활성형)형태로 분비
활성화 필요
trypsinogen
enterokinase(enteropeptidase)
(자동 촉매적 활성적 pH 7～8)
proelastase
procarboxypeptidase (A, B)
Trypsin
elastase
chymotrypsinogen
carboxypeptidase
chymotrypsin
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
※ trypsin 활성화 → Val -(Asp)4 -Lys hexapeptide 제거
chymotrypsin 활성화 → Thr - Asn 의 제거
④ 가수분해 기작
- elastase : 지방족 중성 a.a (Val, Leu, Ser, Ala, Ile, Gly) peptide 결합.
- carboxypeptidase A : carboxy말단중 aromatic a.a잔기
(Trp, Ile, Met)
- carboxypeptidase B : carboxy 말단 중 basic a.a 잔기(Arg, Lys)
소장 음식물 protein은 -→ 가수분해(췌액 효소) → 10-25% a.a +
75-90% oligopeptide 생성.
※ RNase와DNase : RNA, DNA → nucleotide로 분해
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
나) 장액에 의한 소화
장액에 aminopeptidase, prolinase(prolidase), dipeptidase,
nucleotidase가 작용
- amionopeptidase : polypeptide amino 말단 a.a잔기 가수분해
- prolinase
: polypeptide말단이 Pro, HO-Pro 인 경우
→ C-말단이면 Prolinase.
polypeptide말단이 Pro, HO-Pro 인 경우
→ N-말단이면 Prolidase.
- dipeptidase : 소장의 점막세포의 흡수단계에서
미융모 막 표면에 있는 내재성 효소로서
dipeptide를 2개 a.a으로 분해
→ 막소화 ( membrane digestion )
- nucleotidase(nucleophosphatase) : nucleotide
→ nucleoside + 인산 가수분해
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
2. 흡수 (Absorption)
소화된 영양소 → 소장점막으로부터 흡수 → 문맥(모세혈관) → 간
림프관(유미관) → 간, 신체의 각 부위로 공급.
영양소 흡수기관 : 소장 점막 → 영양소를 효율적이고 빠르게
흡수할 수 있는 구조와 기능.
1. 소장내에서 흡수
(1) 소장의 구조와 기능
- 십이지장(약 25cm, 수담관, 췌관이 연결), 공장(2.5m),
회장(3.5m)으로 구성된 길이 약 6-7m영양소 흡수기관
소장점막 → 특별한 기관
가. 추벽(plica), 주름(fold) : 소장점막은 많은 추벽이라는
천엽을 가지며 (주름이 있고).
나. 융모 (villi) : 추벽(주름)표면에 0.1mm내외 융털돌기인
융모가 약 500만개.
융모 내부에 신경, 모세혈관, 중심유미관이라는 림프관이 있어
수축작용(pump)으로 영양소 흡수
→ blood, lynph액으로 보낸다.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
다. 점막(흡수)상피세포 : 융모의 표층에 늘어서 있다.
라. brush border : 미세융모(microvilli)로 된 관목처럼 두른 테 형성.
소장의 활발한 활동에 의해 수명은 2일에 불과, 200g/日 소모.
융모 표면에 당피가 있어 그물을 만들고
영양소가 장강내로 도망가지 못하게 하는 역할을 한다.
※ 구조적 특징들은 내부표면적을 증가시켜 영양소와 접촉면적을 크게해서
→ 흡수면적확대 (600배정도).
(2) 혈관과 림프관
소장에는 혈액이 → lymph액의 500-1000배나 많다.
그래서 당, 아미노산 같은 수용성 저분자 물질은
소장 융모내의 혈관으로 흡수된다.
단백질이나 지방질 같은 큰 분자 또는 입자는
기저막이 없는 림프관으로 흡수된다.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
(3) 소장에서의 흡수 mechanism(기작)
소화관의 넓은 표면→ 단순한 확산으로 영양소가 흡수되지만
그 효율은 낮다.
장벽에는 특이성이 높은 수송계가 존재한다.
① 흡수된 물질이 측저막으로 부터 빠르게 빠져나와 이송할 수 있거나
융모내 맥관계 (vasvular system)로 흡수.
→ 혈관 system 으로 흡수
② 다른 물질로 대사 전환될 수 있는 작용이 첨가되면
장관의 흡수능력은 비약적으로 높아 질 수 있다.
→ 대사 system 으로 흡수
가. 흡수 기작(형식)
생체막 수송과같은 기작으로 수동흡수(passive absorption)
능동적 흡수(active absorption),
막유동 흡수(membrane drift absorption)가 있다,
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
① 수동흡수 (passive absorption)
수동적 흡수는 단순확산과 촉진확산 2가지로 나눌 수 있다.
a) 단순확산(gradient diffusion) :
막 양측의 농도차이에 따라 물질이 이동.
(장강내 영양소 농도가 상피세포내 농도보다 높을때,
농도차에 비례하여 흡수되는 방법).
ex) 생체막 세공이나 수양로를 통하여
전기적 중성물질이 자유확산 되는 경우.
소장점막은 투과 장해가 비교적 큰 막.
소장점막을 자유로이 통과할 수 있는 수용성 분자의 직경은
공장에서 0.35nm, 회장에서 0.75nm정도.
지방산, 지방질 → 막의 세공을 통과 하지 않고,
막의 지방층에 녹아서 통과.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
b) 촉진확산(facilitated diffusion), 중계확산 :
생체막에 가동성의 중간수송체(담체)가 있어 가역적으로 결합하여 수송
→ energy를 필요로 하지 않는 방법.
ex) xylose, fructose, 산성 a.a
특성: ① 농도에 비례하여 흡수되나 농도와는 반대로
장간막쪽에 영양소가 농축되는 경우는 없다.
② 투과속도가 빠르고 단순확산보다 더 빨리 농도 평형에 도달,
③ 투과속도의 촉진과 농도평형의 이동에 관여 → D-glucose.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
② 능동적 흡수( active absorption)
한쪽방향으로 물질의 농도에 관계없이 활성체를 형성하여 수송.
특성 : 효율적 인 흡수방법으로 대사 energy가 소비된다.
종류 : 흡수의 mechanism에서 energy 주는 방법에 따라
① 1차 능동수송 : 수송에 필요한 energy를 화학반응으로 직접 공급.
ex) (Na+,K+)의존성 ATPase에 의한 Na+의 수송.
(막의 관통, 투과성이 높은 부위)
② 2차 능동수송 : 화학반응 energy를 이용하나
직접적 energy는 Na+, K+, Proton(H+)등 전기화학적 차이를 만든다.
이들 이온의 낮은쪽 방향으로 ion 수송과 함께
기질(영양소)이 수송되어 유입된다.
그리고 유입된 ion은 ATPase등의 pump로 다시 뿜어낸다.
사람 세포의 능동수송계 작용하는 energy원 주로 Na+ 농도차이이며,
막의 내외 전기적 차이로 이용된다. (전위차가 낮다.)
ex) 당류와 아미노산
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
③ 작용기 수송(functional group transport)
: 막수송의 전후에 화학적 구조의 변화
→ 넓은 의미의 작용기 수송
ex) ATP → ADP+Pi(막에서 분해) Pi이 떨어져 수송
④ 막유동 수송 (membrane drift transport)
세포막을 투과할 수 없는 고분자 물질이 세포내에 유입되는 현상.
또는 먹어삼키는 방법.
- 세포막의 특정 수용부위에 고분자 물질이 결합
→ 세포막이 변형 또는 함몰되어 고분자 물질을 먹어 삼킨다.
ex) 초유에 많은 항체 단백질의 유입 방법
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
나. 흡수 경로
흡수경로는 세포경로와 세포외 경로가 있다
1) 세포경로(cellular route) : 소장의 점막상피세포를 통과하는 경로
세포경로는 : ① 수용액 경로 ② 지질 경로 ③ 담체(운반체) 전달 경로
① 수용액 경로(agueous route) : 소장 상피층에 있는
수용액으로 채워진 경로
ex) 수용성인 적은 분자(탄소수 3개이하) 유기화합물이
농도차이에 의한 단순확산
(gradient diffusion)에 의하여 흡수되는 경로
② 지질 경로(lipid route) : 비 ion성 확산 기작(mechanism)에 의한
통과로 지방질이 흡수되는 경로
ex) 지방산, MG가 담즙산과 혼합
→ 구상의 micelle을 형성하여 소장점막으로 들어감
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
③ 운반체전달 경로(carrier mediated route) : 수용성 화합물
(분자량 100～2200정도)이 미융모 막에 결합된 carrier(담체)와
결합하여 소장의 점막세포를 통과하는 경로
ex) energy를 필요로 하는 능동적 흡수와
필요로 하지않는 촉진확산으로 흡수
단당류와 대부분의 아미노산 흡수
2)세포외경로(paracellular route) : 소장의 점막상피세포를
통과하지 않는 경로
점막세포를 접합시키고 있는 부위, 단단한 접합점을 통하여 흡수
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
2. 영양소의 흡수
(1) 당질의 흡수
당질 → 단당류 분해 → 소장점막으로 흡수 → 모세혈관
→ 장간막 정맥 → 문맥 → 간장
① 흡수속도
- 흡수속도는 당의 종류에 따라 차이가 있다.(표 3-4)
- 흡수속도가 빠른당 : D-galactose, D-glucose
→ 단백질 운반체와 결합하여 능동적 흡수를 이용하여
흡수되는 당(그림 3-10)
- 흡수속도가 느린당 : D-fructose, D-xylose → 확산에 의한 흡수와
담체를 이용한 5탄당의 흡수.
- 당alcohol류는 단당류와 달리 흡수는 5%이하로
대부분 소장의 당피부분에 남아 있다가 쌓이면
설사로 배설된다
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
(2) 지방질의 흡수
- 지방질 → 장내에서 가수분해가 불안정 그래서 TG 30%(22%)가
지방산과 glycerol로 가수분해되고 나머지 70%는 MG단계에서 흡수.
- 공장에서 확산에 의한 흡수가 이루어 진다.
가) 중쇄사슬 지방산의 흡수
분해된 탄소 10개 이하 저급지방산은 CoA로 활성화없이 그대로 흡수할 수 있고
물에 녹기 쉬워 glycerol과 같이 모세혈관으로 흡수되고
혈청 albumin과 결합하여 비 ester화 지방산의 형태로 이동한다.
나) 긴사슬 지방산의 흡수
탄소 12개 이상 긴사슬 지방산 물에 녹지않아 담즙산염과 결합하여
→ 약 5mm가용성 micelle형성하여 흡수
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
(3) 아미노산의 흡수
가) 흡수경로
- 단백질 → 아미노산과 적은 peptide으로 분해
- (십이지장, 공장)점막의 융모 → 수용액경로 → 모세혈관 → 문맥
→ 간장으로 운반
- 소장의 상부일수록 흡수능력이 좋다.
나) 흡수기작과 속도
아미노산의 흡수율과 흡수속도는 아미노산의 종류에 따라 차이가 있는데
① 능동흡수 : 운반체(carrier)와 energy가 관련된 흡수
ex) L형 아미노산 대부분, L-Asn, L-Gln, 일부 peptide
공장에서 흡수율 Phe, Tyr높고, Gly, Met 낮다.
② Asp, Glu 흡수 : 촉진 확산 흡수보다 빠르다.
일반적으로 L형이 D형보다 흡수속도가 빠르고
③ 분지된 아미노산(Ile, Leu, Val)은 흡수될 때 길항작용이나
Vit B6가 결핍되면 흡수가 나빠짐.
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
3. 흡수된 다음의 경로
1) 수용성 영양성분
단당류, 아미노산 등 수용성 영양성분 : 소장점막 → 모세혈관 → 문맥
→ 간장
2) 비수용성 지방질 영양성분
지방질등 비극성 영양성분 : 소장점막 → 유미관 → 림프관 → 흉관
→ 쇄골하 정맥
3. 소화와 흡수(Digestion ＆ absorption)
3. 소화 흡수율
① 섭취한 음식물중의 소화, 흡수되는 정도의 표시
소화 흡수율(%) = 흡수된 성분량 / 섭취한 식품중 성분량 × 100
= (섭취한 식품중 성분량 - 분변중 배설성분량) / 섭취한 식품
중 성분량 × 100
- 그러나 이 값은 음식물에서 유래되지 않은 인체에서 만들어진 분비물,
소화액, 점막표피세포, 장내세균, 기타생산물이 함유되었다.
- 겉보기 소화 흡수율이라고 함.
참소화 흡수율 ={섭취식품중 성분량-(분변중 배설량 - 내인성 배설량)}
/ 섭취 식품중 성분량 × 100
- 내인성 성분 배설량 : 음식물을 섭취하지 않았을 때 분변중 배설되는 양
※ 참소화 흡수율은 측정이 복잡, 오차가 많아 측정이 어렵다.
② 소화흡수율에 영향을 주는 요소
- 소화흡수율은 개인 식습관, 음식물 배합비율, 조리방법, 건강상태, 노동량,
음식물량에 의해서 영향을 받는다.
- 일반적 소화 흡수율 : 당질 식품 > 동물성 단백질, 지방 > 식물성 단백질 순서
- cellulose가 많은 식품 : 소화율이 낮고 장의 통과속도 높다.
- 여러 가지 식품의 배합이 한가지 식품보다 소화흡수율 높다.
4.영양소의 기능 (Nutritional Function)
영양소의 기능
1. 단백질의 영양
protein의 기능
ㄱ. 조직의 신생과 보수 (Structural protein) → 구조(구성),저장,운동,
운반단백질
ㄴ. energy source
ㄷ. Enz. Hormone, antibbody형성 - 촉매,조절,방어단백질
ㄹ. 완충작용
1. Structural protein (조직의 신생과 보수)
- (발육기 → 조직의 신생, 성인 → 소모된 조직의 보수), 인대, 동맥벽
→ elastin
- 근육 → myosine과 actine, 뼈외층 23%, 연골의 50%, 피부 73%
→ collagen
1.조직의 신생과 보수
① Hemoglobin : 적혈구(Erythrocyte)의 중요성분 → 혈색소 (hemoglobin)
- 합성 : 적혈구 합성(태아→ 비장, 생후 → 골수에서 합성)
hemoglobin도 적색골수에서 형성→ 성숙한 적혈구로 들어간다.
a) a.a인 Glycine과 + Succinyl-CoA PALP(Vit.B6) → pyrrole ring
b) 4개의 pyrrole ring → protoporphyrin이 되고 + Fe 들어가
→ heme 이 되고
c) 4개의 heme + globin → hemoglobin형성
부족증 ∴ Fe, protein부족 → 빈혈이발생
pyrrole : 고리 안에 질소를 1개 함유하는 5원자 헤테로고리 화합물이다.
클로로필·헤모글로빈 등의 구조의 한 성분을 이루고 있다.
4.영양소의 기능 (Nutritional Function)
③ protein(amino acid) pool(저장소)형성
조직형성을 하고 남은 protein(a.a) → 가동성 저장 protein(a.a)형성
protein(a.a)을 공급하는 저장소 형성
조성(pool protein) : 혈장단백질과 비슷하며 함량은 약 300-700g
④ 장골(main bone)의 신장 : 발육기간중 긴뼈의 발육은 뼈의 끝부분에서
ossein이란 protein이 지주조직을 형성하고 여기에
Ca- p이 침착하여 형성. 단백질이 부족하면 발육장해
2. Energy source
Structural(tissue) protein과 혈장단백질 합성용 외의 a.a은
→ liver에서 deamination
→ 암모니아와 비질소 탄소골격부분은 세포→ energy원.
남은 것→ glycogenic a.a는 포도당을 형성
acetyl-CoA → 지질로 형성
4.영양소의 기능 (Nutritional Function)
3. Enzyme, Hormone, antibody등의 형성
(1) 효소, hormone → protein, peptide + prosthetic group(작용기)
ex) insuline(51), glucagone(29), calcitonin(32),
효소와 hormone → 생체내 화학반응을 진행, 조절하여 → 체내 항상성유지.
(2) 항체(antibody, immuine body)
① 개념 : 병원체,또는 이종의 유해물질이 침입 → 자기방위를 하기위해
생성시키는 화합물
a) 백혈구 : 식균세포의 포촉작용, 용해작용 → 무독화
b)침입물질에 선택적으로 결합하는 물질 → 항체(protein γ-globulin)
※ antigen의 자극 → 형성되는 물질 임파선, 비장, 골수, 위의내장기관
② 면역(immunity) : 생성된 antibody로 생체를 보호하는 것.
③ 항원(antigen) : 항체를 형성하게 하는 원인물질(항체와 결합물질)
4. 완충작용(bufferization)
protein 분자내 → +ion (-NH3)
→ -ion(-COO-,OH, SH)을 갖는 양성 ion물질
∴ 산성물질과 alkali에 작용하여 완충제 역할을 하고
체액과 혈액의 pH 7.35-7.45로 산-염기평형유지에 관여
3. 단백질
• 단백질은 생명유지에 필수적인 영양소이며 생리기능을 조절
아미노산(amino acid)
구 조
• 탄소에 카르복실기와 아미노기가 결
합된 구조
종 류
• R부분의 구조적 차이에 의한 분류 : 중
성 아미노산, 산성 아미노산 , 염기성 아
미노산 , 방향족 아미노산 , 함황 아미노
산
• 필수아미노산(essential amino acid) :
인체에서 합성할 수 없어 반드시 식품으
로부터 섭취해야 하는 아미노산
단백질의 종류
• 구성 성분에 따른 분류
단순단백질, 복합 단백질, 유도 단백질(변성 단백질, 분해 단백질)
• 형태의 의한 분류
구상 단백질, 섬유상 단백질
• 필수아미노산의 조성과 양에 의한 분류
① 완전 단백질(complete protein)
② 부분적 불완전 단백질(partially incomplete protein)
③ 불안전 단백질(incomplete protein)
단백질의 기능
• 새로운 조직의 합성과 보수
단백질은 체내 여러 장기, 뼈, 근육, 피부나 머리카락을 구성
• 혈장 단백질 구성
• 효소 및 호르몬의 형성
그림2-7 단백질의기능(P49)
• 항체 형성
• 삼투압 조절(수분 평형)
혈액내에서 교질삼투압을 형성하여 조직의 삼투압과 수분 평형을 조절
• 산·염기조절(pH조절)
단백질은 분자 내에 (+)이온과 (ー)이온을 가지는 양성물질
산·알칼리 평형에 관여하며, pH를 조절
• 포도당 신생 기능
당질 섭취가 부족할 경우 혈당을 일정하게 유지하기 위해, 간에서 아미노
산으로 포도당을 생성하여 적혈구나 신경조직에 필요한 에너지를 공급
• 에너지원 : 1g당 4kcal의 에너지를 발생
효
기
관
활 성 형
소
활성촉진
전구체
펩티드결합에 대한 특이성
소 화 작 용
( 불활성형)
입
없음
위
pepsin
(내부순분해효소)
rennin(유아)
HCl
Pepsinogen
trypsin
(내부가수분해효소)
Enterokinase
Trypsinogen
췌장
chymotrypsin
(내부가수분해효소)
carboxypeptidase
(외부가수분해효소)
aminopeptidase
소장 (외부가수분해효소)
Dipeptidase
기계적 소화
Trypsin
Trypsin
Chymotrypsinogen
procarboxy
peptidase
Phe, Trp, Tyr, Leu,
Glu, Gln
Protein → polypeptide Casein → para casein (응어리)
Lys, Arg
Protein, polypeptide → polypeptide, dipeptide
Phe, Trp, Tyr
Protein, polypeptide → polypeptide, dipeptide
카르복실 말단 잔기를 차례
Protein → simpler peptide, dipeptide, amino acids
로 절단
아미노기 말단 잔기를 차례 Polypeptide → peptides,dipeptides,amino acids dipeptides → 로 절단 디펩티드 절단
amino acids
표2－7 단백질의소화효소와작용(P51)
단백질의 소화와 흡수 및 대사
• 단백질의 소화
① 아미노산 풀 (amino acid pool)
식이섭취와 단백질 분해 등으로 세포 내에 유입되는 아미노산의 양
② 동적 평형 상태
단백질의 합성과 분해가 지속적으로 일어나는 현상
③ 단백질의 전환율 및 전환
단백질이 합성과 분해를 반복하면서 동적인 평형상태를 유지하는 과정
• 흡수된 아미노산의 기능
① 혈액, 근육, 골격 등 조직 단백질을 형성한다.
② 호르몬, 효소, 비타민 및 핵산 등의 생합성 재료를 제공한다.
③ 에너지원으로 이용된다.
④ 요소로 배설(아미노기)된다.
⑤ 당질이나 지방질로 전환된다.
⑥ 당신생에 이용된다.
⑦ 비필수아미노산을 생성
단백질의 상호보충 효과 (supplementary effect of protein)
단백질의 상호보충 효과 (단백질의 보족효과, 아미노산의 보강)
• 질이 낮은 단백질에 부족한 아미노산을 보충하거나 그 아미노산을 함
유하는 단백질과 함께 섭취
아미노산의 불균형(amino acid imbalance)
• 실제 제한아미노산을 보충할 때 한 개의 아미노산이 너무 많이 첨가
되거나, 동물성 식품의 과잉섭취로 필수아미노산의 상대적인 비율이
적당하지 않은 경우
단백질 권장량
질소평형(Nitrogen Balance)
• 질소섭취량과 질소배설량이 같은 상태이다.
단백질 필요량에 영향을 미치는 요인
• 체격, 연령 , 신체의 건강상태 , 식이 중 열량식품 , 단백질의 질
단백질 권장섭취기준
• 한국인 영양섭취 기준에서는 성인 남자 50g, 성인여자 45g을 권장
단백질과 건강
• 단백질-에너지 영양불량 (PEM, Protein and energy malnutrition)
특 징
발생시기
체중
외모
신경계
마라스무스
콰시오커
콰 시 오 커
마 라 스 무 스
12~48개월(이유 후 어린이나 5세
6~18개월(이유기와 유아기)
이하의 급성장기 어린이)
저체중
극저체중
둥근 얼굴(moon face), 근육약화,
근육쇠퇴, 체지방감소
체지방 정상, 지방간, 간 비대,
피부, 모발, 간 기능 정상,
피부염, 머리털 변색, 부종
부종 없음
무감각, 냉담, 의욕상실
신경질적, 잘 놀람
• 단백질 과잉섭취의 문제점
대사 항진, 체중 증가, 혈압 상승, 피로, 골다공증, 요독증, 간성 혼수를
유발할 수 있다.
단백질의 급원
어육류, 난류, 유제품 등의 동물성 식품, 콩류나 견과류의 식물성 식품 등
에 풍부하다.
• 단백질 과잉섭취의 문제점
대사 항진, 체중 증가, 혈압 상승, 피로, 골다공증, 요독증, 간성 혼수를
유발할 수 있다.
단백질의 급원
어육류, 난류, 유제품 등의 동물성 식품, 콩류나 견과류의 식물성 식품 등
에 풍부하다.
2. protein의 종류와 nutritive value(영양가)
1). Nutritive value of protein
飮食物속의 단백질의 종류와 protein의 영양가에 차이점
→composition of a.a
high quality of protein → 성인은 N-balance 유지 (adult),
어린이는 growth (infant)
1910년대 Osborn and Mendel→ protein종류별로 (사료의 15-18% )
어린쥐 30일간 생장도 측정 (체중함량 실험)
① Yolk protein (Vitellin) 80g → 체중증가.
② casein (milk protein) → 사료의18%는양호,
9%(s-a.a결핍증)
③ meat protein
→ 7%로 양호 (fish protein도 같으나
shell protein은 약간 낮다 ∵ lysine의 부족)
animal protein -Lys. Try,이 많다
② Wheat protein (gliadine) → 몇 g 증가(보족Lys.)
Corn protein (Zein)
→ 체중감소(20g) ∵Trp. Lys.부족
Bean protein (glycinin) → Plant protein중 가장 우수
(10%로 부족증) ∵ S-containing a.a부족
※ Protein 영양가 → composition of a.a으로 결정 (E. a.a 결핍)
2). Essential a.a & limiting a.a(필수아미노산과 제한아미노산)
① Essential amino acid(indispensable a.a )필수아미노산
개념 : body cell에서 合成할수 없거나,
合成할수 있어도 필요량을 채우지 못해서
must be supplied in the diet.
② 종류와 필요량
종류 및 양(필요량)㎎/㎏ body weight/day
Amino acid
Infant
(4~6 month)
(3~4 month)
child
(10~12
year)
adult
a.a pattern for
high-quality
protein(㎎/g)
His
33(28)
?
?
17
Ile
83(70)
28
12(10)
42
Leu
135(161)
42
16(14)
70
Lys
99(103)
44
12
51
Met
49(58)
22
10(13)
26
Phe
141(125)
22
16(14)
73
Thr
87
28
7
Try
21(17)
4
3(3.5)
11
Val
92(93)
25
14(10)
48
<VIP
TT HILL at AM> 10종류가 (8+2)결정하는데,
부족하면 → 성장정지,
질소평형(-):섭취량보다 배출되는 질소량이 많다
His (成人),Arg(체중은 관계없고, 생장이 느리다. 특수세포 sperm필요)
Met → Cys, Cys - Cys 합성된다
∴ Cystine spare Met.(80-85%)
Phe → Tyr 합성된다
∴ Tyr spare Phe(70-75%)
② nonessential (dispensable)a.a -비필수아미노산
→ In the body cells, manufactured in sufficient amount.
→ ※Glu → NH3 기 source
③ limiting a.a (제한아미노산)
: 필요량에 대해 가장 부족되는 필수아미노산에 의하여 영양가가 좌우
The amount of protein the cell can synthesize, is limited
by the a.a "bead" present the smallest amoiunt relative
to the amount needed.
┌ primary limiting a.a → 첫번째로 부족되는 필수아미노산
└secondary "
→ 2번째로 부족되는 필수아미노산
종류:(protein 의 종류에 따라 다르나) Lys (곡류), Met (두류),
Trp, Thr (육류) 4가지중 하나.
3. Protein 영양가의 質的評價 (Determination of protein quality)
1) Protein quality → composition of E.a.a
(but digestion&absorption, a.a utilization)
2) Protein quality → Various method. ┌Biological evaluation
determinate
└ Chemical score
1) Biological evaluation(生物學的 평가방법)
소화흡수도 평가 → 생체내에서 실제 단백질의 이용율을 알 수 있다.
시간과 경비가 많이 들고 번거롭다.(보류단백
질 %)
① B.V (bioligical Value)= N retained / N absorbed×100
= 섭취 N-(소변 N + 대변 N) / 섭취N-대변N
(단백질사료N-비단백질사료N) ×100
② NPU(net protein utilization) 진정 단백질 이용율
= N retained / Dietary N ×100
= {섭취시 N -(소변N+대변N)} / 섭취 N ×100
=BV × digestable raito. (=digestibility)
2) Chemical score
composition of a.a → determination method.
① HMS(human milk score)=ES(난가)와 같으나 기준단백질이
human milk portein.
필수아미노산의 함량으로 평가 → 모유값과 비교
② Amino acid score : 1985(73)년 FAO/WHO 에서
사람의 E,a,a 필요량 제시하고(유아,2-5,10-12,성인)
→ 이 필요량을 기준으로 잠정기준 a,a pattern을 제안
= primary limiting a,a(㎎/Ng) / 기준 pattern의 위의 a,a(㎎/Ng)
×100
= ㎎ of a,a per/시험단백질g / mg of a,a, per/기준단백질g×100
비교적 간단, 식품의 제한 필수 아미노산 정량적 계산가능,
생체내에서 단백질의 이용률을 알 수 있다.
5. 食生活속의 protein 영양가.
1. Supplementary effect(보족효과, 영양가 개선)
protein 영양가가 낮을 때 → 제한 아미노산을 보충
제한 아미노산을 함유 단백질을 동시에 섭취 → 영양가 높인다.
∴ Supplementary effect of a,a(protein)
ex)곡류 protein → Lys,Met,Thr,tryptophan 이 부족.
∴ 쌀 + 콩 (Lys), Thr → 영양가 高 (콩은 Met부족)
우유,육류 protein + Cysteine
그러므로 동물단백질 (30 -40%) + 식물 단백질(60-70%)
→ 보족효과 크다.
2. Imbalance of amino acid(아미노산 불균형)
E,a,a의 상대적인 비율이 적절하지 못하면 양적으로 충분하여도
도리어 영양가가 저하되고, 성장저해, 생리적 장해(fatty liver)
→ a,a의 불균형.(protein 이용율의 저하)
→ 배설 a,a이 많아 진다. → 특정 a,a의 과잉효과. (E,a,a)
ex) Leu→Ile,Val 이용을 저해, Arg→Lys. 이용을 저하.
※ 부질소 균형(negative N-valance)
상처, 질병등으로 에너지용 단백질의 필요량이 증가하면
glucagon,epinephrin,glucocorticoid, 분해촉진 호르몬인
inerleukin I(근육단백질 분해촉진)의 혈중의 함량이 상승,
→ 체단백질 분해가 촉진된다.
그래서 섭취량보다 배출되는 질소량이 더 많은 상태
3. protein과 Vitamin과의 관계.
① Vit B2 (riboflavin) FAD,FMN(탈아미노화의 보효소)
신체 단백질의 생합성에 필요 (성장기).
② Vit B6(pyridoxine): 아미노기 전달의 보효소 PLAP로써
체내에서 아미노산 대사(Glu,Asp,Try)와 직접 관계.
③ niacin(nicotinic acid) : Trp에서 → nicotinic acid합성.
Trp 충분히섭취 → niacin요구량적어진다.(Pellagra피부염 방지)
④ Vit C : 방향족 아미노산(Tyr.Phe)→ 분해 대사에 필요.
프롤린 hydroxylase의 활성화(HO-pro)로
→ Collagen합성에 필요.
4. D-amino acid 영양
화학적 합성 아미노산→DL-아미노산(라세미 아미노산)
D-Met→L-Met 동일효과 D-Phe < L-phe.
그 외 D-아미노산은 영양효과가 없다.
6. Protein 및 a.a의 섭취 과잉과 부족
1. 섭취 부족
단백질의 섭취부족이 단시간 가벼운 정도이면 큰 장애가 없으나
질이 낮은 단백질을 장시간 섭취하면 결핍증이 나타난다.
- 결핍증
① 초기:
N배설량 줄고 → N평형을 유지하는 방향 작용
② 한도가 넘으면: 체중이 줄고, 성장 불량 → 성장 정지
③ 심하여 장기간 계속: 빈혈, serum albumin 감소→수분축적(부종)
④ Protein 3%이하:
몸전체에 부종(edema)→세포기능 저하
→기관기능 저하→병에대한 저항력 감소,
내분비 이상(fatty liver)
※ kwashiorkor(만성 영양장해)
개념: 고탄수화물과 낮은 단백질 섭취는 혈중 insuline 농도상승
증상 : 근육의 단백질 합성을 유도하여 혈중아미노산 농도 저하된다,
간에서 지방합성을 유도하나 VLDL(CM)합성부족 → 지방간
원인 : 개발도상국 2~3세 어린이들이 모유공급이 중단되고
이유기의 어린이 →전분성 식사로 전환기
열량소 충족하나, protein 부족과 Vit,mineral 부족으로 나타난다.
→ 중증사망 (혈관수분→세포간 수분증가. 몸이 붓는다.)
※ Marasmus(소아 소모증)
Protein부족에 energy 부족되면→나타난다.
PCM(protein calorie malnution)=단백질과 탄수화물 영양부족증
저체온,탈수상태. 설사와 소화관 감염 → 사망
* 면역기구 (T-세포, 면역globulin, 인터페론, 식세포)기능 감소
→ 2차감염
2. 과잉섭취
한계량은 명확하지 않으나 30~40% 단백질 함유 사료에서 발생됨
1)물의 요구량 많음
2)소변 많음
3)신장 비대 (시스틴)-신장에 부담
4)체중증가, 대사촉진
5)SDA가 강함-체온 높아지고,
고혈압으로 피로증가-저항력이 약해짐
6)신경자극으로 불면증과 요독증
*연령,환경,온도의 영향-환경온도가 낮을수록,젊을수록 과잉증은 없다
Amine- 자가중독.
*과잉섭취-인공 영양아