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단백질과 아미노산

1.. 단백질 정의 (Define protein)

단백질(protein)은 탄소(carbon, C), 수소(hydrogen, H), 산소(oxygen, O), 질소(nitrogen, N)로 구성된 큰 유기 분자입니다. 단백질은 펩타이드 결합(peptide bonds)으로 연결된 아미노산(amino acids) 사슬로 이루어져 있습니다.

 2. 아미노산의 기본 구조 설명

아미노산(amino acids)은 단백질의 기본 단위입니다. 각 아미노산은 중심 탄소 원자(central carbon atom, C)에 수소 원자(hydrogen atom, H), 아미노기(amino group, NH2), 산기(acid group, COOH) 및 고유한 곁사슬(unique side group)이 결합된 구조를 가집니다.

 

곁사슬(side group)은 수소(hydrogen), 메틸기(methyl group, CH3) 또는 다른 화학적 그룹이 될 수 있습니다. 이 곁사슬은 아미노산을 서로 구별하고 각 아미노산에 고유한 화학적 특성(크기, 모양, 극성, 물에 대한 용해도 등)을 부여합니다.

단백질을 구성하는 일반적인 아미노산은 20가지가 있습니다.

아미노산(amino acids)은 다음과 같이 분류됩니다:
- 비필수 아미노산(Non-essential amino acids): 체내에서 아미노기와 탄수화물 조각으로부터 합성 가능.
- 필수 아미노산(Essential amino acids): 체내에서 합성되지 않거나 충분히 합성되지 않아 식단을 통해 섭취해야 함.
- 조건부 필수 아미노산(Conditionally essential amino acids): 특정 조건(예: 유아 또는 일부 대사 장애)에서 필수적임.

필수 아미노산(Essential amino acids)은 다음과 같습니다:
- 히스티딘 (Histidine)
- 트레오닌 (Threonine)
- 페닐알라닌 (Phenylalanine)
- 아이소류신 (Isoleucine)
- 라이신 (Lysine)
- 트립토판 (Tryptophan)
- 류신 (Leucine)
- 메티오닌 (Methionine)
- 발린 (Valine)

4. 단백질의 일차, 이차, 삼차 및 사차 구조 설명 및 단백질 변성 정의 

아미노산(amino acids)은 펩타이드 결합(peptide bonds)을 통해 긴 사슬(폴리펩타이드, polypeptides)을 형성합니다. 폴리펩타이드 사슬의 아미노산 간 상호작용은 고유한 3차원 구조(3D shape)를 형성하여 기능적 단백질이 됩니다.

단백질의 구조는 일차, 이차, 삼차 및 사차 구조(primary, secondary, tertiary, and quaternary structures)로 나눌 수 있습니다:
- 일차 구조(primary structure): 폴리펩타이드 사슬의 아미노산 서열
- 이차 구조(secondary structure): 폴리펩타이드 내 산소와 수소 원자 간의 인력으로 인해 단백질이 나선(helixes) 또는 주름진 시트 형태로 접히는 것.
- 삼차 구조(tertiary structure): 아미노산의 곁사슬 간 상호작용으로 인해 단백질이 고유한 3차원 형태를 가지는 것.
- 사차 구조(quaternary structure): 두 개 이상의 폴리펩타이드 사슬이 상호작용하여 완전한 단백질을 형성하는 것. 모든 단백질이 여러 폴리펩타이드 사슬로 구성된 것은 아니며, 일부는 단일 폴리펩타이드 사슬만 포함합니다.

단백질은 열, 강한 산, 염기또는 교반에 노출되면 아미노산 간 상호작용이 방해받아 구조를 잃습니다. 이 과정을 변성(denaturation)이라고 합니다.

 

단백질의 소화와 흡수

입 (Mouth)

• 음식의 기계적 혼합: 씹기를 통해 이루어집니다.
• 침: 음식물을 적셔줍니다.
• 단백질의 화학적 소화: 입에서는 단백질 소화에 특화된 효소가 없으므로 화학적 소화는 일어나지 않습니다.

위 (Stomach)

• 가스트린(Gastrin): HCl의 분비를 자극합니다.
• 염산(HCl): 단백질을 변성시키고 펩시노겐(pepsinogen, 위액에 분비된 지모겐)을 펩신(pepsin)으로 전환시킵니다.
• 펩신(Pepsin): 단백질을 작은 폴리펩타이드(polypeptides)와 아미노산(amino acids)으로 분해합니다.

소장 (Small intestine)

• 소화 (Digestion): 췌장 및 장의 프로테아제/펩티다제(proteases/peptidases)인 트립신(trypsin), 키모트립신(chymotrypsin), 카르복시펩티다제(carboxypeptidase)가 폴리펩타이드를 작은 펩타이드(tripeptides, dipeptides)와 아미노산으로 분해합니다. 장 세포의 펩티다제(peptidases)가 남아 있는 일부 펩타이드를 아미노산으로 분해합니다.
• 흡수 (Absorption): 작은 펩타이드와 아미노산은 다양한 운반체(carriers)를 통해 장 세포로 흡수됩니다. 흡수된 대부분의 펩타이드는 장 세포 내에서 아미노산으로 분해됩니다. 일부 아미노산은 장 세포 내에서 사용되며, 나머지는 혈액으로 들어가 간(liver)으로 이동합니다.

특히, 섭취된 거의 모든 식이 단백질(보충제 포함)은 소화되어 아미노산 형태로 혈액에 들어가며, 신체는 이를 이용해 새로운 단백질을 합성합니다.