단백질의 분류와 기능

단백질은 신체 구성성분 중 수분 다음으로 많다. 단백질은 신체의 모든 세포에 존재하며 그 종류가 매우 다양하여 세포에서만 수백 가지 단백질이 합성된다. 또한 탄수화물이나 지질과 같이 신체 에너지의 주된 공급원은 아니지만 탄수화물이나 지질이 부족할 때 단백질이 에너지 공급원으로 이용되는 경우도 있다. 단백질은 다른 영양소에 비해 크고 복잡한 분자구조를 가지는데 탄수화물이나 지질을 구성하는 원소인 탄소, 수소, 산소 외에 질소가 더 포함되어 있어 단백질의 독특한 특성을 나타낸다. 단백질을 구성하는 기본 단위는 아미노산으로 단백질마다 특징적인 아미노산 배열과 기능을 나타낸다. 아미노산은 체내에서 합성되는지 여부에 따라 필수와 비필수아미노산으로 구분된다. 체내에서 합성이 가능한 아미노산을 비필수아미노산이라 하고 체내에서 합성되지 않거나 합성되는 양이 충분하지 않아 식사를 통해 섭취해야 하는 아미노산을 필수아미노산이라고 한다. 단백질을 형성하는 아미노산 중 필수아미노산은 9가지가 있는데 식사를 통해 필수아미노산을 충분히 섭취하는 것이 인체의 생명 유지에 매우 중요하다. 영유아와 아동기에는 아르지닌, 시스테인, 타이로신의 체내 합성이 불충분하므로 성장기의 필수아미노산은 12가지이다. 성인의 필수아미노산 9가지는 H I L K  F M  T V  W이고 성장기에 필요한 필수아미노산 12가지는 H I L K  F M  T V  W  R C Y이다. 비필수아미노산은 체내에서 대사 적으로 합성할 수 있는 아미노산으로 인체 저장량이 감소하면 섭취한 필수아미노산과 포도당의 탄소 골격을 활용한 아미노기 전이 반응을 통해 체내 필요량의 충분한 합성이 가능하다. 성인에게는 시스테인, 타이로신, 히스티딘, 알라닌, 아스파르트산, 글루탐산, 글루타민, 글리신, 프롤린, 세린이 비필수아미노산이다. 히스티딘은 체내에서 합성되지만 그 양이 부족하므로 성장기에는 필수아미노산에 해당한다. 때론 비필수아미노산이 필수아미노산이 될 수 있는데 이를 조건부 필수아미노산이라고 한다. 다른 아미노산에서 합성되는 비필수아미노산이나 특수한 생리적인 상황으로 인해 합성이 제한될 경우에 해당한다. 타이로신, 아르지닌, 시스테인, 글리신, 글루타민, 프롤린, 세린이 있다. 체내 단백질 합성을 위해서는 필수아미노산과 비필수아미노산이 모두 필요하므로 둘 다 중요하다. 다만 필수아미노산은 식품으로 반드시 섭취해야 한다는 점이 비필수아미노산과 다른 점이다. 단백질은 화학적으로 나누면 단백질 부분에 결합한 비단백질 성분에 따라 단순단백질, 복합단백질, 유도단백질로 분류된다. 단순단백질은 순수하게 아미노산과 그 유도체만으로 이루어져 가수분해에 의해 단순 아미노산을 생성한다. 알부민, 글로불린, 글루텔린, 프롤라민, 알부미노이드, 프로타민으로 분류된다. 단순단백질은 녹는 성질에 따라 구분하는데 물, 염기, 70% 알코올에 녹기도 하고 불용성을 갖기도 한다. 복합단백질은 단순단백질에 단백질 이외의 물질이 결합한 것으로 가수분해에 의해 아미노산과 그 외의 물질을 생성한다. 유도단백질은 단순단백질과 복합단백질이 화학적 물리적으로 처리되어 변성되거나 가수분해된 산물이다. 단백질은 영양적 기준으로 나누면 식품 단백질에 함유된 필수아미노산의 질과 양에 따라 완전 단백질, 부분적 불완전단백질, 불완전단백질로 분류된다. 완전 단백질은 필수아미노산의 종류와 양이 충분한 단백질로 정상적 성장과 체중증가, 생리적 기능 유지에 도움이 되는 양질의 단백질이다. 육류, 어류, 가금류, 난류는 동물 단백질로 완전 단백질에 속하고 식물 단백질 중에는 분리대두단백 형태로 공급되는 대두 글리시닌이 완전 단백질이다. 부분적 불완전단백질은 몇 가지 필수아미노산의 양이 부족하여 동물성장을 돕지는 못하지만 생명 유지에는 기여하는 단백질로 대부분의 식물성 곡류 단백질이 여기에 속한다. 부족한 아미노산을 보충하기 위해 식물성 식품과 동물성 식품을 함께 섭취하거나 제한아미노산의 종류가 서로 다른 식물성 식품을 잘 선택하여 같이 섭취하면 식물 단백질의 제한아미노산을 보완하여 섭취할 수 있기 때문에 식사의 단백질 질을 향상할 수 있다. 이 같은 효과를 단백질의 상호 보충 효과라고 한다. 예를 들면 콩밥에는 곡류에 부족한 라이신을 콩 단백질이 보충해주고 콩에 부족한 메티오닌은 상대적으로 함황아미노산 함량이 높은 곡류 단백질이 채워준다. 불완전단백질은 몇 종류의 필수아미노산 함량이 극히 부족하거나 결핍된 것으로 이론 종류의 단백질만 섭취 시 성장이 지연되고 생명 유지도 어렵다. 식물 단백질에는 옥수수가 여기에 속하고 동물 단백질에는 젤라틴이 여기에 속한다. 체 조직의 성장과 보수, 효소와 호르몬 합성, 수분평형 유지, 산.염기 평형, 영양소 운반, 에너지와 포도당의 공급원이 단백질의 기능이다. 단백질은 신체조직의 구성성분이다. 뼈, 피부, 결합 조직 등의 조직을 형성하므로 신체조직의 성장과 유지에 중요하다. 성장기, 임신기에는 새로운 조직의 형성이 많은 시기라 단백질 섭취가 특히 필요하다. 단백질은 체내에서 물질의 합성과 분해 또는 전환에 관여하는 효소와 호르몬을 합성한다. 효소는 화학반응에는 전혀 관여하지 않고 반응을 촉매하는 단백질로 체내에 무수히 많이 존재하며 각기 고유의 역할을 수행한다. 호르몬은 체내 특정 부위에서 생성되고 혈액을 따라 작용 부위까지 이동해서 세포에 신호를 전달해 세포 반응을 조절한다. 체내 기능이 원활히 수행되기 위해서는 세포 내외 및 혈관 내 수분이 적절히 유지되어야 한다. 단백질은 수분과 전해질의 평형을 유지하는 데 도움을 준다. 알부민과 글로불린 같은 혈장 단백질은 분자량이 많아서 혈관 벽을 통과할 수 없기 때문에 혈관 내에 존재하면서 조직의 수분을 혈관 내로 이동시켜 체내 수분평형을 유지한다. 단백질은 체내에서 산과 염기 양쪽의 역할을 모두 수행할 수 있는 능력을 갖추고 있는 양쪽성 물질로 체액의 적정 pH 7.35~7.45를 일정하게 유지하는데 기여하는 완충작용이 있다. 단백질은 영양소나 다른 중요한 물질들이 체내에서 이동하는데 중요한 역할을 한다. 혈장단백질인 알부민이나 글로불린은 지질, 레틴올, 철, 구리 등의 영양소를 필요한 조직으로 운반하는 역할을 하며 단백질은 지단백질의 구성성분으로 혈액 내에서 중성지방과 콜레스테롤의 운반을 돕는다. 체내에서 중요한 에너지 공급원은 탄수화물과 지방이다. 그래서 탄수화물 섭취가 부족하면 혈당을 유지하기 위해 단백질을 포도당으로 전환하여 에너지 공급원으로 사용한다. 단백질을 과다 섭취한 경우도 단백질이 에너지원으로 사용되므로 필요 이상의 단백질을 섭취하는 것은 간과 신장에 부담을 준다.