인슐린

인슐린(insulin)은 췌장(pancreas)의 베타 세포(beta-cell)로부터 생산되는 펩타이드 호르몬의 일종이며 인체의 동화 작용(anabolism) 호르몬으로 중요한 역할을 한다. 췌장의 랑게르한스섬 (Langerhans islets) 베타 세포에서 분비되며 혈액 속의 글루코스 농도를 일정하게 유지시키는 역할을 한다.

인슐린은 혈액 속의 글루코스가 간, 지방 및 골격 근육 세포(skeletal muscle cell) 등의 생체 내 조직으로 흡수되는 것을 촉진하며, 생체 내 각 조직으로 흡수된 글루코스는 글리코젠 또는 지방으로 변환되어 저장된다.¹⁾

목차

인슐린 구조. 왼쪽은 인슐린 단량체(monomer)의 분자 구조를 나타낸다. 탄소는 녹색, 수소는 흰색, 산소는 빨강, 질소는 파란색으로 표시되어 있다. 오른쪽에는 6개의 인슐린 단량체가 모여있는 육합체(hexamer)의 구조를 나타내고 있다. 인슐린 A 체인은 파란색으로, B 체인은 청록색(cyan)으로 표시되었다. 황색은 이황화 결합을 나타내며, 심홍색(magenta) 구체는 아연 이온(zinc ion)을 표시한다. ()

인슐린은 생화학 역사에 있어서 매우 중요한 분자인데, 왜냐하면 아미노산 서열이 처음으로 규명된 단백질이기 때문이다. 1921년, 캐나다 토론토 대학의 프레더릭 밴팅(Frederick Banting)과 찰스 베스트(Charles Best) 박사는 최초로 췌장에서 혈당을 낮추어주는 물질을 분리하여 결정을 얻어내는데 성공하였다. 그 후 1955년, 프레더릭 생어(Frederick Sanger) 박사가 처음으로 소의 인슐린 구조를 밝혀내었다.

인간 인슐린 단백질은 51 개의 아미노산으로 구성되어 있으며 분자량은 5.8 kDa 이다. 인슐린은 A 사슬과 B 사슬의 이합체(dimer)인데, A 사슬은 21개의 아미노산 잔기, B사슬은 30개의 아미노산 잔기로 구성되어 있으며 두 사슬은 이황화 결합에 의해 서로 연결되어 있다.

인슐린의 구조는 동물의 종에 따라 서로 다르며, 동물의 이러한 차이점 때문에 탄수화물의 신진대사와 같은 인슐린의 효과가 서로 다르게 나타난다. 여러 동물 인슐린 중에서 돼지의 인슐린이 인간 인슐린과 가장 유사하다. 인간 인슐린이 재조합 DNA 기술에 의해 대량으로 생산되기 전에는 돼지의 인슐린을 제 1 형 당뇨병 치료에 널리 사용하였다.²⁾

간에 의한 글루코스 생산과 분비는 혈중 인슐린 농도가 높을수록 강력하게 억제되며, 혈액에서 순환하는 인슐린은 다양한 조직에서 단백질의 합성에 영향을 미친다. 따라서 인슐린은 글루코스와 같은 작은 분자가 세포 내부의 큰 분자로 전환되는 동화작용을 촉진하는 호르몬으로 작용한다. 반면에, 혈액 내 인슐린 수치가 낮으면, 특히 신체에 저장된 지방을 중심으로 영양분이 분해되면서 동화작용과는 반대의 효과를 나타낼 수 있다.³⁾

베타 세포는 혈액의 글루코스 농도에 민감하게 반응하며, 글루코스 수준이 높으면 베타 세포가 인슐린을 혈액에 분비하고 글루코스 수준이 낮으면 인슐린 분비가 억제된다. 췌장에서 베타 세포 근처에 있는 알파 세포는 베타 세포와는 반대 방향으로 작용한다. 혈당이 낮으면 글루카곤(glucagon)의 분비가 증가하고 혈당이 높으면 글루카곤 분비가 감소한다. 글루카곤은 혈액 속으로 글루코스을 방출하기 위하여 간을 자극하여 인슐린과 반대의 작용을 나타낸다. 이러한 인슐린과 글루카곤의 작용에 의하여 글루코스의 항상성이 유지될 수 있다.

인슐린과 가장 관련이 깊은 질병은 당뇨병이다. 당뇨병은 장기간에 걸쳐 혈액의 글루코스 농도가 높은 고혈당을 특징으로 하는 대사질환이다. 고혈당의 증상으로는 잦은 배뇨, 갈증, 굶주림 증가 등이 있다. 당뇨병은 치료를 하지 않으면 많은 합병증이 발생할 수 있는데, 심혈관 질환, 뇌졸중, 만성 신장 질환, 발 궤양 및 눈 손상 등이 발생할 수 있다.

당뇨병은 췌장에서 인슐린을 충분히 생산하지 못하거나 몸속의 인슐린에 세포가 제대로 반응하지 못하는 경우에 발생한다. 당뇨병에는 크게 두가지 유형이 있다.

제 1 형 당뇨병은 췌장이 베타 세포의 손실로 인슐린을 충분히 생산하지 못하는 경우에 발생하며 과거에는 '인슐린 의존성 당뇨병' 또는 '청소년 당뇨병'으로 불렀다. 췌장의 베타 세포가 자가 면역 반응에 의해 파괴되어 인슐린을 더 이상 합성하지 못하고 혈액으로 인슐린이 분비되지 않아서 혈액의 혈당 농도가 비정상적으로 높아지며 여러 합병증을 일으키게 된다.

반면에 제 2 형 당뇨병 (type 2 diabetes mellitus) 에서는 제 1 형 당뇨병 (type 1 diabetes mellitus) 보다 베타 세포의 파괴는 심하지 않지만, 췌장 섬 조직에 아밀로이드가 축적되어 췌장의 기능을 저하시킨다. 제 2 형 당뇨병 의 발병 기전은 잘 알려져 있지 않지만, 환자는 췌장의 베타 세포의 수가 감소하고 인슐린 분비기능이 저하되며 말초 조직에 존재하는 세포가 인슐린 저항성(insulin resistance)을 보이는 경우가 많다. 제 2 형 당뇨병은 혈중 글루카곤 분비가 높고 혈중 글루코스 농도에 영향을 받지 않는 특징이 있다. 제 1 형 당뇨와는 다르게 인슐린은 여전히 혈당에 반응하여 혈액으로 분비되며 결과적으로 혈당치가 정상일 때도 인슐린 수치는 건강한 사람보다 훨씬 높아지게 된다.

치료용 인슐린. 대표적인 펩타이드 호르몬인 인슐린은 재조합 DNA 기술을 이용하여 대량 생산할 수 있다. 주로 제1형 당뇨병 치료제로 사용한다. ()

1. Voet D, Voet JG (2011). Biochemistry (4th ed.). New York: Wiley
2. 'First Successful Laboratory Production of Human Insulin Announced'. News Release. Genentech. 1978-09-06. Retrieved 2016-09-26.
3. The Journal of Physiology (published 2003). 549 (Pt 2): 333–46.