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이번 편은 범위가 넓어 보여도 한 줄로 이어져요. 아미노산이 어떻게 바뀌고(대사) → 남은 질소는 어떻게 버리고(요소) → 유전 정보(핵산)를 읽어 → 단백질을 만들고 → 그 단백질 중 일부가 효소로 일한다는 흐름이에요.
챕터마다 "누가, 어디서, 무엇이 필요한가"를 잡으면 생화학 문제가 훨씬 단순해져요.
근육·효소 같은 체단백은 한 번 만들어지면 끝이 아니라 계속 분해되고 다시 합성돼요. 이 흐름을 단백질 전환(turnover)이라고 하고, 분해와 식사로 들어온 아미노산이 함께 모인 곳을 아미노산 풀이라고 불러요.
아미노산의 아미노기를 다른 물질(α-케토산)에 넘겨주는 반응을 아미노기 전이라고 해요. 이 효소(ALT·AST 같은 아미노기전이효소)의 조효소가 비타민 B6의 활성형인 PLP예요. 모인 아미노기는 주로 글루탐산에 실렸다가 간에서 떨어져 나와 암모니아가 되고, 요소 회로로 가요.
| 구분 | 기준 | 예 |
|---|---|---|
| 당생성 | 탄소골격이 피루브산·TCA 중간산물이 되어 포도당을 만들 수 있음 | 알라닌, 글루탐산, 아스파르트산 등 대부분 |
| 케톤생성 | 아세틸 CoA 쪽으로만 가서 포도당은 못 만들고 케톤체·지방이 됨 | 류신, 라이신(순수 케톤생성) |
| 둘 다 | 골격 일부는 당, 일부는 케톤으로 | 이소류신, 페닐알라닌, 티로신, 트립토판, 트레오닌 |
시험의 핵심은 순수 케톤생성 = 류신·라이신이에요. 이 두 개를 먼저 확실히 잡아 두세요. 이 구분이 왜 중요할까요? 굶을 때 근육 단백질이 깨지는 목적이 바로 당생성 아미노산으로 포도당을 만들기 위해서이기 때문이에요.
근육은 아미노산을 쓰고 남은 질소를 피루브산에 붙여 알라닌으로 만들어 간으로 보내요. 간은 질소는 요소로, 탄소는 포도당으로 바꿔 다시 근육에 돌려줘요. 아미노산은 다른 중요한 물질의 재료도 돼요.
🤔 페닐케톤뇨증 아기는 왜 특수 분유를 먹을까요?
페닐알라닌을 티로신으로 바꾸는 효소가 선천적으로 부족해 페닐알라닌이 쌓이면 뇌 발달에 손상을 줘요. 그래서 페닐알라닌 섭취를 제한하고, 만들지 못하는 티로신은 충분히 보충해요.
암모니아는 아주 적은 양만 쌓여도 뇌에 독성을 나타내요. 그래서 몸은 암모니아를 그대로 돌아다니게 두지 않고, 근육·뇌 같은 말초 조직에서는 글루타민(또는 알라닌)에 묶어 "안전 포장"한 뒤 혈액으로 내보내요. 신장은 글루타민에서 암모니아를 떼어 소변의 산을 처리하는 데도 써요.
헷갈리는 두 운반체를 비교하면, 글루타민은 여러 조직이 암모니아를 묶어 보내는 일반 포장재이고, 알라닌은 주로 근육이 쓰는 포장재로 간에서 포도당 재료까지 되는 "일석이조" 포장재예요.
암모니아 + CO₂ → 카르바모일인산 → 오르니틴과 만나 시트룰린
시트룰린 + 아스파르트산(두 번째 질소) → 아르기닌
아르기닌이 잘리면서 요소가 나오고, 오르니틴은 다시 회로로 돌아가요.
요소 회로는 간에서 일어나요. 그래서 중증 간질환이 있으면 암모니아를 요소로 바꾸지 못해 혈중 암모니아가 오르고 의식 저하(간성뇌증)까지 올 수 있어요.
간 기능이 크게 떨어진 환자는 암모니아 처리 능력이 줄어든 상태라, 단백질 공급량과 종류를 의료진과 함께 조절하면서 영양 상태가 나빠지지 않게 관리해요.
혈액검사의 혈중 요소질소(BUN)도 이 흐름으로 읽을 수 있어요. 단백질을 많이 먹거나 체단백 분해가 늘면 요소가 많이 만들어져 오르고, 신장이 요소를 잘 내보내지 못해도 올라가요. 반대로 간 기능이 크게 떨어지면 요소를 만들지 못해 낮게 나올 수 있어요.
| 구분 | DNA | RNA |
|---|---|---|
| 당 | 디옥시리보스 | 리보스 |
| 염기 | A, G, C, T(티민) | A, G, C, U(우라실) |
| 구조 | 이중나선 | 대개 단일가닥 |
| 역할 | 유전 정보 보관 | 정보 전달·단백질 합성(mRNA·tRNA·rRNA) |
염기 중 아데닌(A)·구아닌(G)은 고리가 두 개인 퓨린, 시토신(C)·티민(T)·우라실(U)은 고리가 하나인 피리미딘이에요.
핵산은 식사에도 들어 있지만, 우리 몸은 필요한 뉴클레오타이드를 대부분 스스로 합성해요. 그래서 핵산은 필수영양소가 아니에요. 다만 합성 재료로 아미노산(글루타민·아스파르트산·글리신)과 엽산이 쓰이니, 단백질과 비타민이 부족하면 빠르게 분열하는 세포부터 영향을 받아요.
퓨린은 분해되면 마지막에 요산이 돼요(잔틴 산화효소가 마지막 단계를 맡아요). 요산은 물에 잘 녹지 않아서 혈중에 많아지면 관절에 결정으로 쌓여 통풍을 일으켜요. 세포가 빠르게 많이 죽고 생기는 상황(항암치료 등)에서도 퓨린 분해가 늘어 요산이 올라가요. 피리미딘은 물에 잘 녹는 산물로 분해되어 문제가 덜해요.
핵산을 만들려면 탄소 하나짜리 조각(일탄소 단위)이 필요한데, 이를 공급하는 것이 엽산이에요(비타민 B12도 함께 일해요). 그래서 엽산이 부족하면 분열이 빠른 적혈구 전구세포가 제대로 못 나뉘어 거대적아구성 빈혈이 생기고, 임신 초기에는 태아 신경관 결손 위험이 커져요.
🤔 요산은 어디로 나갈까요?
요산은 주로 신장을 거쳐 소변으로 나가요. 그래서 물을 충분히 마시면 배설에 도움이 돼요. 술을 많이 마시면 요산 배설이 방해받고 생성도 늘어 수치가 오르기 쉬워요.
DNA의 필요한 부분을 RNA 중합효소가 전령 RNA(mRNA)로 옮겨 적어요. 원본 설계도는 금고(핵)에 두고 복사본만 들고 나가는 셈이에요.
리보솜이 mRNA의 세 염기 묶음(코돈)을 하나씩 읽어요.
운반 RNA(tRNA)가 코돈에 맞는 아미노산을 싣고 와 연결해요. 시작 신호는 AUG(메티오닌)예요.
전사와 번역을 비교해 두면 선지에서 헷갈리지 않아요. 전사는 핵에서 DNA의 언어를 RNA의 언어로 옮기는 "베껴 쓰기"이고, 번역은 세포질의 리보솜에서 염기의 언어를 아미노산의 언어로 바꾸는 "통역"이에요. 이름이 각각 "옮겨 적기"와 "통역하기"라는 뜻이라고 생각하면 쉬워요.
단백질은 정해진 순서대로 아미노산을 이어야 완성돼요. 어느 자리에 필요한 아미노산이 없으면 그 자리에서 조립이 멈춰요. 다른 아미노산이 아무리 많아도 대신할 수 없어요. 그래서 필수아미노산이 하나라도 부족하면 단백질 합성 전체가 제한되고, 남은 아미노산은 분해돼 버려져요(앞 편의 "제한아미노산"과 같은 원리).
간세포와 근육세포는 같은 유전 정보를 가지고 있어요. 차이는 어떤 유전자를 켜고 끄느냐, 즉 유전자 발현의 차이예요. 호르몬과 영양 상태도 발현을 바꿔요. 예를 들어 탄수화물을 많이 먹으면 간에서 지방산 합성 효소의 발현이 늘어요.
영양소와 유전자는 양방향으로 영향을 주고받아요. 먹은 음식이 유전자 발현을 바꾸기도 하고, 반대로 타고난 유전자 차이 때문에 같은 음식에 대한 반응이 사람마다 다르기도 해요. 앞에서 본 페닐케톤뇨증이나 유당불내증이 유전자 차이가 식사 관리로 이어지는 대표적인 예예요.
🤔 만든 단백질은 바로 쓰일까요?
리보솜에서 막 나온 사슬은 아직 "반제품"이에요. 알맞은 모양으로 접히고, 필요하면 당이나 인산이 붙거나 일부가 잘리는 가공을 거쳐야 제 기능을 해요. 분비될 단백질은 거친면 소포체와 골지체를 지나며 이 과정을 거쳐요. 인슐린도 큰 전구체로 만들어진 뒤 잘려서 완성돼요.
반응이 일어나려면 넘어야 할 언덕(활성화 에너지)이 있어요. 효소는 이 언덕을 낮춰 체온 정도에서도 반응이 빨리 일어나게 해요. 반응 전후에 효소 자신은 변하지 않고, 반응의 최종 평형도 바꾸지 않아요.
헷갈리기 쉬운 점 하나. 효소는 반응을 빠르게 할 뿐, 일어날 수 없는 반응을 일어나게 하거나 생성물의 최종 양을 늘리지는 못해요. 시간이 1시간 걸릴 일을 1초로 줄여 주는 지름길일 뿐, 목적지는 같아요.
단백질 부분(아포효소)만으로는 일을 못 하고, 조수가 붙어야 완전한 효소(완전효소)가 되는 경우가 많아요. 조수 중 유기물인 조효소는 대부분 수용성 비타민(B군) 유도체예요. 무기질(아연·마그네슘·구리 등)도 보조인자로 일해요.
| 비타민 | 조효소 |
|---|---|
| 티아민(B1) | TPP |
| 리보플라빈(B2) | FAD·FMN |
| 니아신 | NAD·NADP |
| 비타민 B6 | PLP |
| 판토텐산 | CoA |
같은 반응을 맡지만 구조가 조금 다른 효소들을 동위효소라고 해요. 조직마다 종류가 달라서 혈액 검사로 어느 장기가 손상됐는지 짐작하는 데 쓰여요.
가열로 단백질이 변성되면 꽁꽁 접혀 있던 사슬이 풀려, 소화효소가 작용할 부위가 드러나 오히려 소화가 쉬워져요. 같은 원리로 식품 속 효소나 날콩의 트립신 저해제처럼 단백질로 된 물질은 열에 오래 노출되면 힘을 잃어요.
요소 회로는 주로 신장에서 일어난다.
요소는 간에서 만들어지고, 신장은 이를 소변으로 내보내는 역할이에요.
퓨린과 피리미딘은 모두 분해되어 요산이 된다.
요산이 되는 건 퓨린(아데닌·구아닌)뿐이에요. 피리미딘은 물에 잘 녹는 산물로 분해돼요.
효소는 반응의 활성화 에너지를 높여 반응을 일으킨다.
효소는 활성화 에너지를 낮춰요. 그래서 같은 온도에서도 반응이 빨라져요.
번역 과정에서 아미노산을 리보솜으로 운반하는 것은 mRNA다.
mRNA는 설계도 복사본이고, 아미노산을 실어 오는 것은 tRNA예요.
아미노기 전이 반응의 조효소는 티아민이다.
아미노기 전이의 조효소는 비타민 B6(PLP)예요. 티아민은 피루브산 → 아세틸 CoA 단계에 쓰여요.
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