비타민 C의 작용기전
비타민 C의 하루 필요량이 극단적으로 다른 주장이 존재하는 근본 이유 는 비타민 C 부족시 왜 괴혈병이 발병하는가 하는 문제에 대한 정답이 애매한 데에 서 파생하는 것이라고 추정된다. 비타민 C가 왜 필수영양소이며 얼마나 공급되어야 생명현상에 문제가 발생하지 않을 것인지를 이해하기 위해서는 산소와 생명현상과의 관계를 살펴봐야할 것으로 판단된다.
사람을 비롯한 동물이나 식물은 호흡으로 산소를 흡수한다. 산소는 생명에 필수적 요소라 할 것이다. 식물과 동물은 생명활동의 필요에 따라 에너지를 이용하면서 그 부산물인 전자 를 산소라는 쓰레기통에 버린다. 그 결과 산소는 물로 변한다.
산소가 생명현상의 유지에 필수적인 반면 지난 20년간의 연구 결과로, 산소는 생명현상에 언제나 유익한 물질이 아니라는 역설적 사실도 알려지게 되었다. 산소가 완전히 환원되기 전의 부분적 환원상태로 존재하는 산소를 활성산소(reactive oxygen, oxygen free radical)라 하고 이 활성산소는 반응성이 높아서 반감기가 아주 짧은 물질이지만 포유동물이 이용하는 산소의 1-5%정도가 활성산소로서 체내에 존 재한다고 한다. 우리가 살아가면서 이 정도의 활성산소의 생성에 의한 피해를 겪지 않을 수 없 는 것이 운명이며 이를 oxidant stress라 할 것이다.
고등 생명체는 혐기성 세균과는 달리 산소를 전자 처리용 하수구로 삼고 에너지를 얻어서 살아가야 하는 운명이라는 이유외에도 oxidant stress를 감수해야 할 또 다른 이유가 있다. 고등동물인 사람의 경우 신체표면에는, 세포의 숫자로 따져서 신체를 구성하는 세포총수보다 많은 세균을 보균하고 있다. 이런 생태학적 조건은 과거와 현재는 물론 위생상태가 개선될 미래에도 인간의 숙명적 조건이라 할 것이다. 이런 세균뿐만 아니라 그외 바이러스, 곰팡이, 기생충등의 침입에 대한 방어기전이 염증 및 면역반응이라고 할 것이다. 면역반응의 초기단계와 마지막 단계는 다형핵구 및 거식세포의 식균작용이 결정적 구실을 담당한다. 이물질을 잡아먹는 식세포는 무산소 상태에서도 작동하는 acid pH, lysozyme, lactoferrin, cationic protein등으로도 이물질을 소화하지만 superoxide anion, 과산화 수소, hydroxyl radical, hypochlorite, singlet oxygen 활성산소에 의한 연소반응에 크게 의존하여 이물질을 처리한다는 사실이 지난 15년간에 알려지게 되었다13,47,57).
활성산소는 세포 각성분에 무차별로 직접적인 손상을 일으키고 그 손상의 형태 도 매우 다양한 것으로 알려져 있다. 잘 알려지고 연구된 예를 들면 활성산소는 세포막 지질을 과산화시키는데 이 반응은 중간에 비타민 E등의 항산화제가 존재하지 않으면 연쇄반응으로 진행되어서 세포막 전체에 손상을 주며 과산 화 지방질을 생성한다. 과산화 지방질 (lipid peroxide)은 그 자체가 radical로서 각종 질병을 일으킨다. 또 상피세포 기저막의 주성분인 hyaluronic acid의 파괴를 일으켜 조직에 장애를 주기도 한다. 각종 단백질에 손상을 줘 효소의 활성을 무력화시키며, amino산의 소실, peptide 사슬의 절단, 단백의 SH기 산화 및 cross-linking, 중합체형성, carbonyl 유도체 생 성, 전하의 변화, hydrophobicity의 증가, 열안정성의 감소, 단백분해효소에 대한 예민성 증가등을 일으킨다35-38). Mucopolysaccharide의 depolymerization을 야기시켜 viscocity의 감소가 일어난다.
DNA에도 직접적인 손상을 주는 것으로 알려져 있다. DNA의 pyrimidine기에 radical attack을 일으켜 free base liberation이 일어나 DNA single-strand breakage 가 된다. 적은 손상이 있을때는 nuclear enzyme인 protein ADP ribosyl transferase 의 활성으로 excision-repair가 일어나 수복된다. 그러나 심한 손상이 있을 때는 같은 효소의 계속적인 활성으로 세포내 NAD가 바닥이 나고 그로 인한 glycolysis 및 세 포내 ATP의 감소가 일어나 세포가 죽게된다18,25,94). 많은 손상이 있을 시는 전체 개 체를 위하여 세포를 희생하는 쪽으로 가는 것이다. DNA의 직접적인 손상의 결과로 thymine glycol26,44), 5-hydroxymethyluracil103), 8-hydroxyguanine40)이 생산되며 이런 물질을 측정함으로서 활성산소에 의한 DNA의 손상을 간접적으로 증명할 수 있다.
활성산소는 이와같이 세포 전반에 걸쳐 손상을 줄 수 있는 물질이기 때문에 고 등 생물체는 과잉으로 생성되거나 자신에게 피해가 될 정도로 생산되는 이런 oxidant를 처리할 방어기전을 갖추지 않으면 살아갈 수가 없는 것이다. Superoxide dismutase(SOD), peroxidase, catalase, reduced glutathione(GSH), glutathione peroxidase (selenocysteine), 비타민 A, beta-carotene, 비타민 C, 비타민 E (tocopherol)가 oxidant stress에 대한 방어 기전의 대표적 구성분이라 할 것이다51).
산소 존재하에서 살 수 없는 혐기성 세균의 대부분은 superoxide dismutase를 갖추지 못했기 때문이며 catalase나 peroxidase를 생산하지 못하는 세균도 산소 존재 하에서 잘 살아가지 못한다는 것과, Escherichia coli를 무산소상태에서 배양하다 20% 산소가 존재하는 대기에서 배양할 경우 2-dimensional electrophoresis로 확인 가능한 단백질이 30종 이상 새로 합성된다는 것도 잘 알려져 있는 사실이다.
Glutathione을 이용하여 과산화 수소나 과산화 산물을 제거하는 glutathione peroxidase 효소도 그 단백질의 필수성분으로서 selenocysteine이 있다는 이유 때문에 selenium 결핍증에 따른 glutathione peroxidase효소의 활성이 저하할 때 발생하는 질환이 있다. 중국 동북부의 겨울철과 남서부지역에서의 여름철에 호발하는 Keshan disease65), 또 Keshan disease 호발지역 및 시베리아동부지역에서 호발하는 Kashin-Beck disease가 selenium 결핍증이 주요 원인이라고 알려져 있다. 비타민 A와 비타민 E가 시험관내 반응으로 antioxidant 작용이 있다는 것도 잘 알려져 있으며 동물실험으로도 그 효능이 증명되어 있다.
비타민 C가 antioxidant로서의 기능이 간과된 이유
그런데 비타민 C는 왜 antioxidant로서의 중요성이 강조되지 못했을까? 그것은 새로운 지식을 수용하는 서구의학의 몇가지 제도적 문제가 그 이유가 될 수 있을 것으로 보인다.
첫째, 비타민 C와 질병과의 관계에 관하여 비타민 C의 생리학적 작용기전이나 괴혈병의 발병기전에 관하여 정확한 지식이 필요하지 않았다. 신선한 야채, 과일 혹 은 비타민 C공급으로 의학의 궁극목표인 질병의 예방, 치료가 이미 완벽하게 해결되어 있었기 때문이다. 이런 상황에서 시험관내 반응으로 비타민 C 약효를 확인하려고 애를 쓴들 시험 관내에서 측정가능한 비타민 C의 활성이란 환원제 성격외의 무엇을 측정해야 할 것인지 조차도 알 수 없는 노릇이며 비타민 C를 괴혈병 예방약이라는 선입견을 갖고 취급하고 괴혈병이란 결제조직의 collagen합성이 완성되지 못한 탓으로 발병한다는 1960년대이전의 고정관념에서 벗어나지 못하는 가운데 비타민 C가 collagen 생성과정 에서 조효소 구실을 하는 기전도 비타민 C가 환원제이기 때문이라는 1980년대의 새로운 지식을 외면하는 한, 약효를 시험관내 어떤 방법으로 무엇을 측정할 수 있었을까 하는 것이며 동물실험을 하자면 기니픽을 대상으로 연구하여야 할 것이다. 그런데 주지하다시피 현대의학에서 널리 사용되는 실험실 동물은 rat 와 마우스가 주종 동물이 되어 버린지 오래됐고 기니픽의 하루 비타민 C필요량이 20 mg이라는 것이 외면되어 버린 것이다.
둘째, 이런 상황속에서 서구에서는 의학연구의 관심이 60년대에는 생화학, 70년 대에는 면역학, 80년대에는 분자생물학에 집중되었고, 그런 관심에 반비례하여 영양 이나 감염성 질환에 대한 관심이 적어져 갔다고 할 수 있는 것이다.
셋째, 서구인에서의 질병 및 사망원인에 관한 양상은 한국인의 그것과는 차이가 있는데 한국에서의 특수한 상황이 서구의학에서 고려되었을 가능성이 없는 것이다.
비타민 C의 하루 필요량이 극단적으로 다른 주장이 존재하는 근본 이유 는 비타민 C 부족시 왜 괴혈병이 발병하는가 하는 문제에 대한 정답이 애매한 데에 서 파생하는 것이라고 추정된다. 비타민 C가 왜 필수영양소이며 얼마나 공급되어야 생명현상에 문제가 발생하지 않을 것인지를 이해하기 위해서는 산소와 생명현상과의 관계를 살펴봐야할 것으로 판단된다.
사람을 비롯한 동물이나 식물은 호흡으로 산소를 흡수한다. 산소는 생명에 필수적 요소라 할 것이다. 식물과 동물은 생명활동의 필요에 따라 에너지를 이용하면서 그 부산물인 전자 를 산소라는 쓰레기통에 버린다. 그 결과 산소는 물로 변한다.
산소가 생명현상의 유지에 필수적인 반면 지난 20년간의 연구 결과로, 산소는 생명현상에 언제나 유익한 물질이 아니라는 역설적 사실도 알려지게 되었다. 산소가 완전히 환원되기 전의 부분적 환원상태로 존재하는 산소를 활성산소(reactive oxygen, oxygen free radical)라 하고 이 활성산소는 반응성이 높아서 반감기가 아주 짧은 물질이지만 포유동물이 이용하는 산소의 1-5%정도가 활성산소로서 체내에 존 재한다고 한다. 우리가 살아가면서 이 정도의 활성산소의 생성에 의한 피해를 겪지 않을 수 없 는 것이 운명이며 이를 oxidant stress라 할 것이다.
고등 생명체는 혐기성 세균과는 달리 산소를 전자 처리용 하수구로 삼고 에너지를 얻어서 살아가야 하는 운명이라는 이유외에도 oxidant stress를 감수해야 할 또 다른 이유가 있다. 고등동물인 사람의 경우 신체표면에는, 세포의 숫자로 따져서 신체를 구성하는 세포총수보다 많은 세균을 보균하고 있다. 이런 생태학적 조건은 과거와 현재는 물론 위생상태가 개선될 미래에도 인간의 숙명적 조건이라 할 것이다. 이런 세균뿐만 아니라 그외 바이러스, 곰팡이, 기생충등의 침입에 대한 방어기전이 염증 및 면역반응이라고 할 것이다. 면역반응의 초기단계와 마지막 단계는 다형핵구 및 거식세포의 식균작용이 결정적 구실을 담당한다. 이물질을 잡아먹는 식세포는 무산소 상태에서도 작동하는 acid pH, lysozyme, lactoferrin, cationic protein등으로도 이물질을 소화하지만 superoxide anion, 과산화 수소, hydroxyl radical, hypochlorite, singlet oxygen 활성산소에 의한 연소반응에 크게 의존하여 이물질을 처리한다는 사실이 지난 15년간에 알려지게 되었다13,47,57).
활성산소는 세포 각성분에 무차별로 직접적인 손상을 일으키고 그 손상의 형태 도 매우 다양한 것으로 알려져 있다. 잘 알려지고 연구된 예를 들면 활성산소는 세포막 지질을 과산화시키는데 이 반응은 중간에 비타민 E등의 항산화제가 존재하지 않으면 연쇄반응으로 진행되어서 세포막 전체에 손상을 주며 과산 화 지방질을 생성한다. 과산화 지방질 (lipid peroxide)은 그 자체가 radical로서 각종 질병을 일으킨다. 또 상피세포 기저막의 주성분인 hyaluronic acid의 파괴를 일으켜 조직에 장애를 주기도 한다. 각종 단백질에 손상을 줘 효소의 활성을 무력화시키며, amino산의 소실, peptide 사슬의 절단, 단백의 SH기 산화 및 cross-linking, 중합체형성, carbonyl 유도체 생 성, 전하의 변화, hydrophobicity의 증가, 열안정성의 감소, 단백분해효소에 대한 예민성 증가등을 일으킨다35-38). Mucopolysaccharide의 depolymerization을 야기시켜 viscocity의 감소가 일어난다.
DNA에도 직접적인 손상을 주는 것으로 알려져 있다. DNA의 pyrimidine기에 radical attack을 일으켜 free base liberation이 일어나 DNA single-strand breakage 가 된다. 적은 손상이 있을때는 nuclear enzyme인 protein ADP ribosyl transferase 의 활성으로 excision-repair가 일어나 수복된다. 그러나 심한 손상이 있을 때는 같은 효소의 계속적인 활성으로 세포내 NAD가 바닥이 나고 그로 인한 glycolysis 및 세 포내 ATP의 감소가 일어나 세포가 죽게된다18,25,94). 많은 손상이 있을 시는 전체 개 체를 위하여 세포를 희생하는 쪽으로 가는 것이다. DNA의 직접적인 손상의 결과로 thymine glycol26,44), 5-hydroxymethyluracil103), 8-hydroxyguanine40)이 생산되며 이런 물질을 측정함으로서 활성산소에 의한 DNA의 손상을 간접적으로 증명할 수 있다.
활성산소는 이와같이 세포 전반에 걸쳐 손상을 줄 수 있는 물질이기 때문에 고 등 생물체는 과잉으로 생성되거나 자신에게 피해가 될 정도로 생산되는 이런 oxidant를 처리할 방어기전을 갖추지 않으면 살아갈 수가 없는 것이다. Superoxide dismutase(SOD), peroxidase, catalase, reduced glutathione(GSH), glutathione peroxidase (selenocysteine), 비타민 A, beta-carotene, 비타민 C, 비타민 E (tocopherol)가 oxidant stress에 대한 방어 기전의 대표적 구성분이라 할 것이다51).
산소 존재하에서 살 수 없는 혐기성 세균의 대부분은 superoxide dismutase를 갖추지 못했기 때문이며 catalase나 peroxidase를 생산하지 못하는 세균도 산소 존재 하에서 잘 살아가지 못한다는 것과, Escherichia coli를 무산소상태에서 배양하다 20% 산소가 존재하는 대기에서 배양할 경우 2-dimensional electrophoresis로 확인 가능한 단백질이 30종 이상 새로 합성된다는 것도 잘 알려져 있는 사실이다.
Glutathione을 이용하여 과산화 수소나 과산화 산물을 제거하는 glutathione peroxidase 효소도 그 단백질의 필수성분으로서 selenocysteine이 있다는 이유 때문에 selenium 결핍증에 따른 glutathione peroxidase효소의 활성이 저하할 때 발생하는 질환이 있다. 중국 동북부의 겨울철과 남서부지역에서의 여름철에 호발하는 Keshan disease65), 또 Keshan disease 호발지역 및 시베리아동부지역에서 호발하는 Kashin-Beck disease가 selenium 결핍증이 주요 원인이라고 알려져 있다. 비타민 A와 비타민 E가 시험관내 반응으로 antioxidant 작용이 있다는 것도 잘 알려져 있으며 동물실험으로도 그 효능이 증명되어 있다.
비타민 C가 antioxidant로서의 기능이 간과된 이유
그런데 비타민 C는 왜 antioxidant로서의 중요성이 강조되지 못했을까? 그것은 새로운 지식을 수용하는 서구의학의 몇가지 제도적 문제가 그 이유가 될 수 있을 것으로 보인다.
첫째, 비타민 C와 질병과의 관계에 관하여 비타민 C의 생리학적 작용기전이나 괴혈병의 발병기전에 관하여 정확한 지식이 필요하지 않았다. 신선한 야채, 과일 혹 은 비타민 C공급으로 의학의 궁극목표인 질병의 예방, 치료가 이미 완벽하게 해결되어 있었기 때문이다. 이런 상황에서 시험관내 반응으로 비타민 C 약효를 확인하려고 애를 쓴들 시험 관내에서 측정가능한 비타민 C의 활성이란 환원제 성격외의 무엇을 측정해야 할 것인지 조차도 알 수 없는 노릇이며 비타민 C를 괴혈병 예방약이라는 선입견을 갖고 취급하고 괴혈병이란 결제조직의 collagen합성이 완성되지 못한 탓으로 발병한다는 1960년대이전의 고정관념에서 벗어나지 못하는 가운데 비타민 C가 collagen 생성과정 에서 조효소 구실을 하는 기전도 비타민 C가 환원제이기 때문이라는 1980년대의 새로운 지식을 외면하는 한, 약효를 시험관내 어떤 방법으로 무엇을 측정할 수 있었을까 하는 것이며 동물실험을 하자면 기니픽을 대상으로 연구하여야 할 것이다. 그런데 주지하다시피 현대의학에서 널리 사용되는 실험실 동물은 rat 와 마우스가 주종 동물이 되어 버린지 오래됐고 기니픽의 하루 비타민 C필요량이 20 mg이라는 것이 외면되어 버린 것이다.
둘째, 이런 상황속에서 서구에서는 의학연구의 관심이 60년대에는 생화학, 70년 대에는 면역학, 80년대에는 분자생물학에 집중되었고, 그런 관심에 반비례하여 영양 이나 감염성 질환에 대한 관심이 적어져 갔다고 할 수 있는 것이다.
셋째, 서구인에서의 질병 및 사망원인에 관한 양상은 한국인의 그것과는 차이가 있는데 한국에서의 특수한 상황이 서구의학에서 고려되었을 가능성이 없는 것이다.
출처 : 바다愛산愛
글쓴이 : jambau 원글보기
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