상위 문서: 비타민
대략적인 분류
레티노이드(동물성 급원)
카로티노이드(식물성 급원)
- 비타민 A 활성을 가지는 카로티노이드
- β-카로틴 - 카로티노이드 중에서 가장 강한 활성 - 활성형 이오논 고리 2개
- α-카로틴
- γ-카로틴
- 비타민 A 활성이 없는 대신 다른 생리활성이 있는 카로티노이드
- 리코펜
- 칸타크산틴
- 루테인
비타민 A의 화학적인 성질
레티노이드, 카로티노이드 둘다 열, 빛, 산, 염소가 있는 용매, 묽은 아이오딘 용액 등에 의해 all-trans형이 cis형으로 전환됨
식품가공 중에는 일반적으로 안정하지만 산소 존재하에서는 높은 온도로 가열하면 손실
광선에 노출이 되면 파괴되기 시작
비타민 A를 함유 식품은 가급적 광선이 차단된 용기에 보관
대략적인 설명
비타민 A의 효능을 가지는 형태는 레티놀, 레티날, 레티노인산, 그리고 카로티노이드이다. 그림과 같이 레티놀이 산화되면 레티날이 되며 레티날이 비가역적으로 산화되면 레티노인산이 된다. 레티놀, 레티날, 레티노인산은 각각 에탄올, 알데하이드, 카복시산의 작용기를 가지기 때문이다. 결국 레티놀은 탄소 20개의 폴리프레놀(20-carbon polyprenol) 형태의 전구물질이며 레티
그림 1. 레티날의 레티노인산으로의 비가역적 전환, NAD나 FAD를 필요로 한다.
노인산은 레티날의 대사물이라 할 수 있다.
카로티노이드는 적어도 한 개 이상의 β-ionone ring 을 가진 것이어야 한다. 다양한 식물에서 합성되는 적색 또는 황색 색소는 400여종 이상으로 매우 많지만 그 중에서 비타민 A의 효능을 갖는 것은 불과 10%정도에 불과하다. 이 중 가장 강한 효능을 갖는 것이 β-카로틴이며, α나 γ-카로틴은 절반정도에 못미친다.
카로티노이드의 생체흡수율은, 특히 채소의 경우, 가열에 의해 촉진되기 때문에 당근은 볶아먹는 것이 좋고, 채소는 데쳐먹는 것이 좋다고 한다.
장점막세포(intestinal mucosal cell)에서는 β-카로틴이 2등분되면서 2개의 레티날로 전환되는데, 레티날이 비가역적으로 레티노인산으로 전환되기도 하며, 레티놀형태로 전환되는 과정을 통해 효능을 나타내기도 한다.
더 짧게 요약 설명
시각 기능에 관여 – 눈의 망막에서 레티날의 형태로 작용하는데, 레티날은 박명시(어두운 환경에서 물체를 보는 능력)와 색조감각에 절대적으로 필요하다.
레티노산의 형태로 상피 세포 등에서 호르몬과 같이 중요한 성장 인자로서 기능을 한다.
동물성 음식에 들어있는 비타민 A는 대부분 retinol palmitate와 같은 에스터 형태로 존재하며, 음식으로 섭취된 뒤 소장에서 레티놀로 변환된다.
비타민 A의 소화
단백질 결합형 레티닐 에스테르일 경우
그림 2. 비타민 A의 흡수경로 : 레티놀의 흡수에 레티놀 결합 단백질이 필수적으로 관여한다, 이를 CRBP II(Cellular retinol-binding protein, type II)라고 한다. ※LRAT: lecithin retinol acyl transferase, 레티놀에 다시 지방산을 붙여 에스테르화하는 기능의 효소.
비타민 A의 형태별 흡수 대사
음식의 비타민 A는 레티닐 에스테르와 단백질과 결합한 카로티노이드(β-카로틴을 포함하는)의 형태로 존재한다. 당연히 형태에 따라 흡수경로가 다르다.
- 레티닐 에스테르 형태일 경우:
- β-카로틴이 아닌 카로티노이드의 경우:
- 인지질, 중성지방(트리글리세라이드), 콜레스테롤과 섞여 킬로미크론을 형성하여
- 다른 레티닐 에스테르처럼 림프계로 간 후
- 간으로 이동하여 간으로 간 β-카로틴과 같이 대사된다.
- 단백질과 결합된 β-카로틴 형태일 경우:
- 역시 소화기장 내막에서 췌장 효소의 작용에 의해 아미노산이 분해되어
- 순수한 β-카로틴이 된 후
- 역시 지방산, 인지질, 모노글리세라이드, 콜레스테롤과 함께 섞여 미셀이 되는 과정을 거쳐
- 소장 점막세포내로 흡수되어 2개의 레티날로 쪼개지는데, 이 레티날이
- 1. 레티노익산으로 비가역적 전환된 후 장세포를 통해 모세혈관으로 간 후 혈중 알부민과 결합해서 알부민-레티놀 복합체 형태로 간으로 이동하게 되는 경로,
- 2. CRBPII와의 결합 후에 NADH에 의해 환원되어 레티닐에스테르화 되어 섭취된 레티닐 에스테르와 같은 경로를 밟는 경우도 있다.
2.의 경로에 의해 킬로미크론 형태로 간으로 도달한 카로티노이드는
- (가) 일부분이 잘라져서 레티놀을 형성하거나,
- (나) 간에서 VLDL이 합성될 때 함께 들어가 VLDL 형태로 혈류로 나가 VLDL이나 LDL 형태로 신체 지방조직으로 가거나,
- (다) 일부는 간에 그냥 저장되게 된다.
체내 필요량보다 초과된 카로티노이드는 간에는 저장되지 않지만 신체 지방조직에는 저장이 된다. 그러므로 혈장 카로틴 수준은 최근 섭취한 것을 반영하는 것이지 체내 저장 정도를 나타내 주지는 못한다.
비타민 A와 카로티노이드의 상호전환
β - 카로틴은 이론적으로 2몰의 레티놀로 전환될 수 있지만 실제 생체 내에서는 그렇지 못하다. 1㎍ 레티놀의 비타민 A의 효능을 내기 위해서 6㎍의 β - 카로틴이 요구된다.
실제로 β - 카로틴의 비타민 A로의 전환율은 식사로부터의 섭취 수준에 의해 가장 크게 좌우된다. β - 카로틴의 섭취가 매우 적을 경우에는 전환율이 2:1까지 올라가지만 반대로 매우 많이 섭취했을 경우에는 12:1 이상까지 전환율이 낮아지기도 한다.
비타민 A의 효능을 나타내는 단위로는 RE(retinol equivalent - 레티놀 당량),IUa (international unit of preformed vitamin A), IUc (IU of provitamin A carotenoids)가 있다.
간세포에서의 비타민 대사
간에 도달한 레티닐 에스테르의 대사과정
레티닐 에스테르가 가수분해되어
실질세포내로 들어간 후
레티놀은 레티놀 결합 단백질과 결합하여 조직으로 이동하거나
다시 재에스테르화하여 저장된다.
일부는 실질세포에도 저장되지만 85~90%의 레티놀은 대부분 별세포(stellate cell)에 다른 지방성분들과 함께 저장된다.
비타민 A의 섭취가 많을때, 별세포는 자신이 최대한 수용할수 있을때까지 비타민 A를 모아 레티닐 에스테르의 형태로 만들어 저장한다.
RBP는 장세포 흡수기전에서 레티놀을 운반했듯이 간으로부터 레티놀이 나와서 표적조직으로 운반하는 과정에서도 역시 관여한다.
간에 저장됬던 에스테르형의 레티놀은 가수분해되어 떨어져 나와
RBP와 결합하여 holo-RBP를 형성하게 된다.
이 holo-RBP의 RBP부분에 TTR(트랜스티레틴)이라는 프리알부민(prealbumin)과 결합하여
레티놀-RBP-TTR 복합체의 형태로 혈액 중에 다니다가
표적 세포(target cell)로 들어가게 된다.
레티놀의 경우 표적세포로 들어갈 때에 세포 표면에 RBP를 인식하는 특정 수용체(receptor)가 있어 이에 의해 조절작용이 이루어지는것같다.
하지만 레티노인산은 딱히 조직세포에 수용기에 의한 조절작용이 발견되지 않았다.
레티놀의 시각적 기능
레티놀은 RBP-TTR 복합체 형태로 망막에 도달하여
광수용기세포(photoreceptor cell)로 들어간다.
눈의 망막 간상세포(rod cell) 외각 부위에서
11-cis retinal이
세포막에 결합되어있는 옵신(opsin)의 특정 리신(lysine)에 결합하여서
protonate Schiff base를 형성함으로써 로돕신을 생성한다.
망막세포는 암적응 능력이 있는 세포로서,
빛의 발광체가 망막세포를 자극하면
로돕신에 있는 11-cis retinal이 이성체인 all-trans retinal로 전환된다.
이러한 이성체화는 로돕신 분자를 자극해서 불안정하게 만들고
결국 로돕신이 all-trans retinal과 옵신으로 분리된다.
11-cis retinal이 빛을 받으면
간상세포의 외각부위에서 이성체인 all-trans retinal로 되돌아간다.
그러나 빛을 받지 않고 어두우면
all-trans retinal이 11-cis retinyl ester isomerase에 의해서 11-cis retinal이 형성된다.
로돕신이 광반응을 통해 반복적으로 분해되고 재형성되는 일련의 과정의 반복을 통해서, 레티놀이 조금씩 레티노인산이나 다른 종류의 비활성물질로 전환되어 배설되는 과정을 통하여 소모되므로, 레티놀은 계속적으로 공급되어야 한다.
이런 원리로 혈액 내의 all-trans 레티놀(all trans retinol)의 농도는 망막세포 내에서 로돕신을 형성하는 속도를 결정하고, 눈이 밝은 빛에 노출 된 후 완전히 적응되는 속도도 비타민 A의 농도와 직접적인 관련이 있다.
로돕신을 형성하고 분해하는 과정을 통해 눈이 밝은 빛에 노출된 후 약한 빛에서 시력을 적응하도록 하기 때문에 이러한 일련의 과정을 '암적응'이라고 한다.
로돕신이 들어있는 간상세포는 약한 빛을 탐지하기 때문에 야간시력에 매우 중요하다. 따라서 비타민 A 결핍시에는 망막세포에서 로돕신의 형성 속도가 지연된다. 야간 운전을 할 때 반대방향에서 오는 차가 헤드라이트를 밝게 비추고 지나간 직후에 잘 안보이고, 대낮에 극장에 들어갔을때 앞이 보이지 않게 되는데, 이 때 비타민 A가 부족하면 로돕신의 형성속도가 늦어지고 현저한 시력회복 저하를 초래한다. 이러한 야맹증 현상은 비타민 A 보충에 의해서 치료될 수 있다.
비타민 A가 세포분화에 관여하는 기전
비타민 A는 상피세포 분화에 중요한 역할을 한다. 상피세포는 피부, 눈, 요도, 호흡기관의 내막 상피에 존재하는 것으로, 정상적인 상태에서는 점액을 분비하고 섬모로 덮혀있으며, 세포 모양은 원형이다. 비타민 A가 결핍되면 섬모가 없어지고, 모양이 불규칙하게 찌그러지며, 건조하여 각화된 상피세포로 변화한다. 이렇게 섬모가 없어지고 말라비틀어진 상피세포는 미생물의 침입이 용이해서 질병에 감염되기 쉬워진다.
특히 레티노인산은 상피세포의 정상적인 구조와 기능을 유지하는 데 꼭 필요하다. 레티노인산이 직접 미성숙한 상태의 각질세포(kerationocyte)의 분화를 유도하여 성숙한 상피세포가 되도록 도와준다.
최근에 이러한 레티노이드들의 세포분화 유도기전이 규명되고 있다.
조직세포 내에서 CRBP와 결합된 all-trans retinol은
all-trans retinoic acid로 산화되고
나아가서 이성체인 9-cis retinol로 전환되었다가 9-cis retinoic acid로 산화될 수도 있다.
all-trans나 9-cis retinoic acid는 CRABP(cellular retinoic acid binding protein)나 다른 구속 단백질에 의해 핵으로 이동하여
(α, β, γ) 레티노익산 수용기(retinoic acid receptor, RAR)나 (α, β, γ) 레티노이드 X 수용기(retinoid X receptor, RXR)중 하나 또는 둘 이상의 수용기와 강하게 결합한다. 이런 결합에 의해 유전자 전사가 시작되어 유전자 발현에 관여한다.
또한 RXR은 트리요오드티로닌, 칼시트리올 또는 다른 호르몬에 대한 핵 수용체와 heterodimer를 형성하여, 유전자의 responsible element에 대한 친화력을 증가시킨다.
비타민 A가 성장에 관여하는 기전
오래 전부터 비타민 A의 결핍증세로 성장부진이 알려져왔다. 특히 비타민 A는 상피세포의 성장을 촉진시킨다.
세포의 성장은 세포 표면의 특정 수용기(receptor)와 결합하는 성장 요소(growth factor)에 의해 촉진되는데, 이때 레티노익산이 특정 수용기의 수를 증가시켜주는 것으로 추정된다
비타민 A가 당단백질과 같은 세포 표면 구성요소의 합성을 증진시키는 기전이 있다는 추측도 있다.
다양한 조직에서 레티놀과 UDP-GA(UDP-glucuronic acid)로부터 레티닐 β-글루쿠로니드(retinyl-β-gluguronide)가 만들어지는데, 이는 성장과 분화를 활발하게 도와주는 것으로 보이며, 또한 여드름 부위를 개선시키는 것으로 알려지고 있다.
비타민 A가 당단백질과 세포 표면 기능에 관여하는 기전
비타민 A는 세포 표면에 존재하면서 세포간의 커뮤니케이션을 담당하는 당단백질의 합성에 중요한 역할을 하기도 한다. 특히 레티노익산 형태일때 세포막에서 세포간의 간극연접(gap junction) 형성을 증가시키고 세포 점착성을 변화시키는데도 관여한다.
비타민 A가 면역 기능에 관여하는 기전
비타민 A가 결핍되면 특이적(specific), 비특이적(nonspecific) 면역능력이 약화된다. 즉, 비특이적 면역능력인 체액성 면역반응(humoral immune response), NK세포(natural killer cell), 식균작용(phagocytosis)의 활성도와 특이적 면역능력인 세포매개성 면역반응(cell mediated immune response), 점액에 의한 면역, 등 모든 면역능력이 약화된다.
특히 비타민 A 결핍시 T-보조세포(T-helper cell)의 활성이 주로 영향을 받는다. 따라서 T-림프구의 의존적 면역 기능이 모두 손상받게 되는 것이다. IgA 분비도 저하된다.
비타민 A가 생식에 관여하는 기전
레티놀과 레티날이 생식에 관여하는 효과가 있고 레티노익산은 그렇지 않다고 알려져있다.
비타민 A와 다른 영양소간의 상호작용
비타민 E: β-카로틴이 레티날로 잘려질때 관여 - 기질과 생성물의 산화 방지
비타민 A: 과량 섭취시 비타민 K 흡수 방해
아연: 레티놀이 레티날로 산화될 때 관여하는 알코올 탈수소효소의 부품 - 아연이 결핍되도 암적응 이상증세
철분: 비타민 A 결핍시 철분이 간에서 유리되지 않아서 빈혈 유도
단백질: 결핍시 비타만 A 대사효소와 결합단백질 생산도 결핍되므로 비타민 A 결핍증을 동반
비타민 A의 결핍증
안구건조증: 눈의 결막과 수정체의 비정상적 증세, 주로 미취학 어린이에게 일어남, 야맹증, 혈청내 비타민 A 농도 저하, 안구건조증이 단계적으로 오게 된다.
각막연화증: 각막 전체 두께가 가장자리로부터 얇아져서 각막 용해 - 수정체의 비가역적 변화
비토반점: 각질회돤 결막 표피세포로부터 비누거품, 치즈 같은 물질이 건조한 표면의 일부, 전체를 덮는 증상, 눈물액 내의 레티놀과 당단백질 농도의 감소, 혈액으로부터 상피막에 레티놀 확산이 지연됨에 의해서도 일어남
야맹증: 비타민 A 감소로 로돕신 생성이 줄어들어 초래됨, 앞에서 봤듯이 단백질-열량, 아연이 결핍되어도 영양소간 상호작용에 의해 야맹증 악화
모낭성 각화증(닭살), 섬여피(딱지도 아닌 애매한 것이 크게 일어나는 경우)가 일어나는 경우도 있다.
비타민 A의 독성(Hypervitaminosis A)
급성독성: 두통, 의식혼미
만성독성: 두통, 탈모증, 피부건조, 가려움증, 골관절통증, 자연유산, 기형아 출산, 신생아 학습능력 저하(임신초기)
※1일 권장량(RDA)보다 많은 양을 섭취시 독성이 나타남.
※흡연자, 석면(발암성)에 노출된 경우, 과카로틴혈증으로 피부 전신이 황색으로 착색된 경우를 제외하면 β-카로틴의 독성은 없다.
옛날 북극탐험때 곰의 간을 먹고 비타민 A 중독에 걸리기도 했다
비타민 A의 급원식품 예시