비타민 B3

비타민 B3는 나이아신(niacin) 또는 니코틴산(nicotinic acid)이라고도 하며 체내 에너지 생성에 매우 필수적인 수용성 비타민이다. 육류를 비롯해 간, 어류, 밀 배아, 효모 등에 널리 존재하며 체내 ATP(adenosine triphosphate) 생성 과정에 관여하는 것과 더불어 혈중 콜레스테롤(cholesterol)의 수치를 저하시키는 등, 여러 가지 생리적 기능을 갖는다.

비타민 B3의 결핍에 따른 대표적인 증상인 펠라그라(pellagra)는 피부 및 소화관 점막 염증, 구토, 설사 등의 소화관 장애와 우울증, 기억상실증 등의 신경계 장애를 유발하는데, 방치하면 사망에 이를 정도로 치명적이다.

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비타민 B3의 분자 구조는 매우 단순하며 육각형 피리딘(pyridine) 고리에 카복실산(carboxylic acid)을 갖는 형태이다. 유기산(organic acid)으로 2.0의 산해리 상수 지수(pKa) 값을 갖는다. 매우 안정한 화합물로 조리 과정에서 열이나 장기 보관에 따른 생화학적 분해가 거의 발생하지 않는다.

비타민 B3와 니코틴아마이드(출처: 대한화학회)

체내에 흡수된 비타민 B3는 니코틴아마이드(nicotinamide)로 변환되며, 일련의 과정을 통해 조효소(coenzyme)인 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD(H)), 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 포스페이트(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP(H))로 전환된다. 이들은 여러 탈수소효소(dehydrogenase)의 조효소로 작용하여 수소 이송체로서 그 역할을 하는데, 이러한 역할을 수행할 수 있는 이유는 바로 비타민 B3의 피리딘 고리 때문이다.

아래 그림처럼 TCA 회로, 에탄올 산화, 지방산의 베타 산화 과정에서 NAD⁺의 피리딘 고리의 4번 탄소가 수소 받개(hydrogen acceptor)로 작용하여 NAD(H)로 환원되며, 이때 만들어진 NAD(H)는 TCA 회로에서 ATP 생성을 위한 수소 주개(hydrogen donor)로 작용하며 다시 NAD⁺로 산화된다. NADP⁺는 NAD⁺와 마찬가지로 탈수소효소에 대한 조효소로 작용하지만 특이성이 존재하는데, 체내 주로 환원형인 NADP(H)로 유지되면서 플라빈단백질(flavoprotein) 또는 지방산과 스테로이드 생합성 시 환원 반응에 수소 주개로 주로 작용한다.

NAD+와 NADP+의 구조(출처: 대한화학회)

비타민 B3는 콜레스테롤과 중성 지방의 생합성을 저해하는데, 이러한 이유로 고콜레스테롤혈증을 치료하기 위해 스타틴(statin) 처방 시 보조제로 처방되기도 한다.

비타민 B3는 쇠고기, 돼지고기, 닭고기를 비롯한 육류와 그 내장, 어류, 달걀과 유제품, 밀겨, 버섯, 아스파라거스 등 다양한 식품을 통해 섭취할 수 있다. 구조적으로 안정하여 조리 과정 시 거의 소실이 없다는 점이 있지만, 문제는 특히 곡류에서 비타민 B3가 유리형(free form)으로 존재하지 않고 탄수화물 또는 펩타이드(peptide)와 결합한 에스터(ester) 형태로 존재하며 이들이 소화기관에서 유리형으로 분해되지 않는다는 점이다. 이러한 이유로 과거 옥수수를 주식으로 했던 사람들은 옥수수의 비타민 B3 함량이 쌀과 비슷함에도 비타민 B3 결핍증 발생률이 높았다. 옥수수를 주식을 했던 민족 중 중앙아메리카 사람들은 결핍증 발생률이 높았다는 보고가 없었는데, 그 이유는 옥수수를 석회수(라임 워터, lime water)에 충분히 담궜다 먹는 전통적인 요리법 때문이다. 염기성 용액인 석회수에서 에스터 화합물이 가수분해되어 비타민 B3 유리형을 생성하여 섭취할 수 있었기 때문이다.

비타민 B3는 체내에서 필수 아미노산 중 하나인 트립토판(tryptophan)으로부터 간, 신장에서 생합성이 가능하여 트립토판을 충분히 섭취하면 유리형 비타민 B3가 충분히 섭취가 되지 않더라도 결핍증이 발생하지 않는다.

트립토판과 비타민 B3의 구조(출처: 대한화학회)

우리나라 성인의 비타민 B3 하루 권장섭취량은 남자 16 mg, 여성은 14 mg이다. 사람마다 차이는있지만 체내에서 생합성을 통해 60 mg의 트립토판이 1 mg의 비타민 B3로 전환되는 것으로 알려져 있으므로 오직 트립토판을 통해 비타민 B3을 공급하는 경우, 하루 남성은 960 mg, 여성은 840 mg의 트립토판을 섭취해야 한다.   

음식을 통해 비타민 B3를 섭취하는 경우, 위장과 소장에서 체내로 흡수되며 흡수율이 매우 높다. 혈액 내에서 비타민 B3는 특별히 단백질 등과 결합하지 않고 유리형(free form)으로 운반되며 간을 거쳐 체내 기관, 조직에 공급되고 조직 내에서 비타민 B3는 NAD, NADP로 전환된다. 과량의 비타민 B3는 간에 저장되거나 간에서 메틸화반응(methylation)을 거쳐 소변으로 배출된다.

비타민 B3가 체내 장기간 부족하면 피부, 소화기관, 신경계 등에 문제가 생기고 펠라그라(pellagra)라 불리는 피부 병변증이 발생한다. 화상과 유사한 형태의 홍반, 색소 침착이 나타나고 피부 각화와 함께 구강 병변과 혀의 색깔 변화를 뚜렷이 볼 수 있다. 펠라그라는 설사와 우울증을 동반하며 기억 상실, 심하게는 치매로 악화되어 정신분열병이나 하트넙병 등의 신경계 장애를 유발한다. 이런 경우 비타민 B3의 고용량 투여요법이 효과를 보인다.

음식 등을 통해 섭취한 비타민 B3의 과다 복용에 따른 독성 보고는 아직 알려진 바가 없다. 하지만 영양보충제를 통한 비타민 B3의 과다 복용을 통한 부작용의 사례가 알려져 있는데, 장기간 과다 복용(하루에 3 g 이상) 시 간세포에 심각하게 유해한 사례가 보고된 바 있다. 그외 피부 가려움증이나 위장장애, 안과 부작용 등이 알려져 있다.