항산화제
[ antioxidant ]
항산화제는 산화를 억제하는 물질을 말한다. 산화는 화학 반응을 통해 자유기가 생성되는 반응으로 이러한 자유기는 생물 세포에 해를 줄수 있는 연쇄반응을 일으키게된다.
목차
개요
산화반응은 생물체 내에서 다양한 화학반응에서 필요하기 때문에 이들 산화반응을 통해 발생되는 자유라디칼 등을 적절하게 균형적으로 관리해야만 한다. 티올 혹은 비타민C 와 같은 항산화제들은 산화반응을 억제하여 불필요한 화학적 연쇄 반응을 제어할 수 있게 된다. 적절한 산화반응 균형을 유지하기위해 식물과 동물들은 항산화제와 효소들의 복잡한 상호 작용을 이용한다. 생물 자체적으로 생산 가능한 글루타티온과 같은 산화제와 촉매효소가 서로 작용하며, 자체 생산이 되지 않는 비타민류의 산화제들은 외부에서 유입된 것들을 사용하기도 한다.
그림 1. 항산화제의 예, (출처: 김상태, 이미지 출처: , , )
항산화제의 역할
항산화제의 역할을 설명하기 위해서는 생물체에서 이루어지는 산화반응의 중요성 및 그 부작용에 대한 이해가 필요하다. 현 지구상의 생명 활동에서 산소는 필수적인 요소임에 틀림이 없지만 산소의 활성 및 반응 과정을 통해 생산되는 부산물, 즉 활성산소종은 생명에 위해를 주는 요인으로 작용할 수 있는 위험성을 갖고 있다. 따라서 생명체는 항산화제의 작용을 하는 다양한 대사물질 혹은 효소들을 통해 위해 요인인 활성산소종들을 제거 혹은 생성 억제하는 기능을 갖고 산화반응에 의해 손상된 DNA, 단백질, 지방 등을 보호한다. 그럼에도 활성산소종은 위해성과 함께 리독스 신호전달과 같은 기작을 통해 세포의 기능에 필요한 역할도 수행하고 있다. 결론적으로 항산화제의 역할은 활성산소종들을 무작정 없애는 것 보다 이들 활성산소종의 생화학적 균형을 유지시키는 것이다.
항산화제의 종류
대부분의 식물에 많이 존재하는 항산화제들은 식물이 바다의 환경에서 육지 환경으로 이동 진화하면서 육지 환경에 적응하기 위한 필요한 물질들이었다. 특히 광합성 과정에서 생성되는 활성산소종들을 적절하게 균형을 유지하며 세포를 건강하게 유지하고 생명을 유지하는데 항산화제는 중요한 생화학적 대사산물이고 그러한 진화과정에서 식물들을 다양한 항산화제를 보유하게 된다. 이러한 식물의 항산화물질들을 인간은 섭취하여 인간의 활성산소종의 균형을 유질할 수 있도록 진화되어왔을 것으로 생각된다.1)
항산화제는 동식물 자체적으로 생산 사용되는 생활성 화합물과 효소 기능의 항산화제로 나눌수 있다. 특히 식물에서 다양한 항산화제가 존재하며 이러한 식물 유래 항산화제는 섭취를 통해 인간과 동물의 항산화 작용에 사용된다.
생활성 항산화 복합물생활성 항산화제는 크게 수용성 및 지용성으로 나눌 수 있는데 수용성 항산화제는 세포질과 혈청에서 작용하며 지용성 항산화제는 세포막을 보호하는데 쓰인다. 항산화제는 생체 내에서 합성되어 사용되기도 하나 많은 경우 음식을 통해 섭취하여 인간의 항산화 활성에 쓰이게 된다.
| 항산화제 | 용성 | 인간 혈청내 농도 (마이크로몰) | 인간 간에서 농도 (마이크로몰/kg) |
|---|---|---|---|
| 아스코르빈산 (비타민 C) | 수용성 | 50-60 | 260 |
| 글루타치온 | 수용성 | 4 | 6,400 |
| 리포산 | 수용성 | 0.1-0.7 | 4-5 (쥐의 경우) |
| 요산 | 수용성 | 200-400 | 1,600 |
| 카로틴 | 지용성 | 베타카로틴: 0.5-1, 레티놀 (비타민 A): 1-3 | 5 |
| 알파-토코페롤 (비타민 E) | 지용성 | 0-40 | 50 |
| 유비퀴놀 (코엔자임 Q) | 지용성 | 5 | 200 |
비타민C: 리독스 카탈라제로 동물 식물 등에서 발견된다. 영장류는 아스코르빈산 합성에 필요한 효소 유전자에 돌연변이가 있어 자체적으로 생산할 수는 없어 음식으로 섭취해야만 한다. 아스코르빈산은 콜라겐 합성에 쓰이기도하고 활성산소종의 중성화에 관여하는 항산화 작용을 수행한다. 리독스 효소인 아스코르베이트 과산화 효소의 기질로 사용되는데 이는 식물의 스트레스 저항성에 중요한 역할을 하여 엽록체에 높은 함량으로 분포한다.2)
글루타치온: 대부분의 생명체에 존재하는 시스틴 보유 펩타이드로 항산화 작용을 통해 세포내 리독스 상태를 적절하게 유지하는데 중요한 역할을 한다.
요산: 주로 인간의 혈액에 존재하는 항산화 작용 물질로 초과산화물에 직접 항산화 작용을 하지는 않으나 페록시니트리트, 과산화물, 히포클로로산 등과 반응하여 항산화 작용을 한다. 대부분의 육지 동물들은 요산 분해 효소를 갖고 있어 알라토인으로 분해하지만 인간과 몇몇 영장류에서는 이러한 분해효소가 망가져있어 요산 분해를 할 수 없다. 아마도 산소가 희박한 고산지대에 적응하는 과정에서 항산화 효과를 극대화시키는 방향에서 진화된 것이 아닌가 추측되어진다.3)
비타민E: 토코페롤로 알려진 지용성 비타민인 항산화제로 세포의 지질막에서 과산화 연쇄 반응을 통해 생성되는 라디칼들을 제거하여 세포막의 리독스 균형을 유지시키는 역할을 한다.
효소 항산화제체내 활성산소종의 생성 소멸에 관여하여 리독스 균형을 맞춰 주는 효소들도 항산화제의 한 종류이다. 생물체의 산화적 인산화와 같은 과정에서 생성되는 부산물인 초과산화물 음이온은 초과산화물 분해효소 (superoxide dismutase: SOD)에 의해 과산화수소로 전환되고 이는 다시 카탈라제 혹은 여러 종류의 과산화효소에 의해 안전한 물로 최종 전환된다. (그림 2)
그림 2. 활성산소종 분해 과정. (출처: 김상태)
식물의 항산화제는 종에 따라 다양하며 식품으로 섭취되어 인간의 건강에 주요한 영양 공급원이된다. 식품으로 섭취되는 항산화물질은 비타민, 카로티노이드계 테르핀류, 폴리페놀류 등이 있다.
비타민류
- 비타민A: 베타카로틴으로부터 합성되며 당근, 단호박, 브로콜리, 고구마, 토마토, 케일, 오렌지, 복숭아, 등에 베타카로틴이 풍부하다.
- 비타민C: 귤 종류를 포함해서 파프리카, 브로콜리, 녹색채소, 딸기, 블루베리 등에 풍부.
- 비타민E: 밀 종자, 견과류, 통곡물, 녹색체소, 키위, 식물성 기름 등에 풍부.
카로티노이드 테르핀류
- 알파카로틴: 당근, 호박, 토마토, 완두, 실란트로 등에 풍부.
- 아스타크산틴(astaxanthin): 홍조류에 풍부.
- 베타카로틴: 비타민A 식품과 동일
- 크립토크산틴: 파파야, 사과에 풍부.
- 루테인: 시금치, 케일, 비트, 근대, 고추 등에 풍부.
- 리코핀: 토마토 및 구아바, 수박에 풍부.
- 제아크산틴: 케일, 시금치, 무우, 근대, 옥수수, 브로콜리 등에 풍부
폴리페놀류
폴리페놀과 에스테르
- 치커리산:치커리에 풍부한 카페인과 유사한 항산화제.
- 계피산: 식물의 종자, 커피, 사과 등에 풍부.
- 엘라그산: 산딸기, 딸기등에 풍부.
- 갈산: 옻나무, 차잎, 참나무껍질 등에서 발견됨.
- 로즈마리산: 로즈마리, 오레가노, 레몬밤, 세이지 등에 풍부
그림 3. 항산화제의 주요 공급원인 각종 채소와 과일. (출처: 게티이미지코리아)
참고문헌
1. Benzie IF (September 2003). 'Evolution of dietary antioxidants'. Comparative Biochemistry and Physiology A. 136 (1): 113–26. doi: 10.1016/S1095-6433(02)00368-9
2. Shigeoka S, Ishikawa T, Tamoi M, Miyagawa Y, Takeda T, Yabuta Y, Yoshimura K (May 2002). 'Regulation and function of ascorbate peroxidase isoenzymes'. Journal of Experimental Botany. 53 (372): 1305–19. doi: 10.1093/jexbot/53.372.1305
3. Álvarez-Lario B, Macarrón-Vicente J (November 2010). 'Uric acid and evolution'. Rheumatology. 49 (11): 2010–5. doi: 10.1093/rheumatology/keq204