비타민 A와 카로티노이드의 대사

비타민 A는 처음 발견된 지용성 비타민으로, 전 세계적으로 빈곤계층 성장기 아동에게서 문제가 되는 영양소입니다. 일반적으로 비타민 A는 all-trans retinol의 생물학적 활성을 갖는 물질들을 총칭하는 말로, 식품에 함유되어 있는 비타민 A는 활성형과 전구체의 두 가지 형태로 존재합니다. 체내에서 전환 과정 없이 활성을 띠는 레티놀(retinol), 레티닐 에스테르(retinyl ester)는 주로 동물성 식품에 존재하며, 비타민 A의 전구체(프로비타민 A)라 일컫는 카로티노이드는 주로 식물성 식품에 존재합니다. 현재까지 약 600여 종의 카로티노이드가 알려져 있으나, 그중 10% 미만이 비타민 A의 활성을 가지고 있습니다. 즉 60개 미만의 카로티노이드만이 레티놀로 전환될 수 있습니다. 가장 잘 알려져 있는 프로비타민 A 카로티노이드는 베타카로틴(B-carotene), 알파카로틴(acarotene), 감마카로틴(y-carotene), 베타크립토잔틴(B-cryptoxanthin)입니다. 이중 베타카로틴은 다른 카로티노이드에 비해 비타민 A 활성이 두 배 이상입니다. 이는 구조적으로 베타카로틴은 두 개의 비타민 A를 붙여 놓은 구조이고 다른 세 개의 카로티노이드들은 한쪽에만 비타민 A 구조를 지녔기 때문입니다. 그밖에 비타민 A로 전환되지 않는 라이코펜, 루테인, 지아잔틴 등과 같은 비타민 A 비전구체 카로티노이드 역시 생리적으로 매우 중요한 작용을 합니다.

 

 

1. 흡수 및 대사

 

비타민 A는 식품 내 다른 식이 요소와 결합된 형태로 존재하기 때문에 체내로 흡수되기 위해서는 소화 과정이 필요합니다. 우리가 섭취한 식품에 함유되어 있는 비타민 A의 대부분은 지방산과 결합된 형태로서, 레티놀에 지방산이 결합되어 있는 형태인 레티닐 에스테르(retinylester)인데 이는 체내 비타민 A의 주된 저장 형태이기도 합니다. 게다가 레티닐 에스테르와 카로틴은 식품에서 단백질과 결합된 상태로 존재하기 때문에, 체내로 흡수되기 위해서는 단백질과 분리되어야 합니다.

 

식품을 가열·조리하는 것이 단백질-카로티노이드 결합을 약하게 만들기는 하지만 흡수를 위해서는 소화효소에 의한 소화 과정이 필요합니다. 식품 내 함유된 카로티노이드와 레티닐 에스테르는 위에서 펩신의 작용으로 단백질에서 유리되고, 유리된 레티닐 에스테르와 카로티노이드는 위에서 지방구와 결합합니다. 지용성 비타민을 함유한 지방구는 십이지장으로 이동하고 십이지장의 단백질 소화효소는 단백질에서 유리되지 않은 채 위에서 십이지장으로 내려온 레티닐 에스테르나 카로티노이드를 가수분해합니다.

 

레티닐 에스테르는 소장에서 담즙의 유화 작용과 췌장 소화효소의 작용으로 지방산과 레티놀(또는 카로틴)로 분리되고 미셀(입자) 형태가 되어 소장 점막 세포 내로 흡수된 후 거기서 다시 지질과 결합하여 에스테르화됩니다. 이때 식이 내 비타민 E는 항산화제로 작용하여 레티놀이 레티날로 산화되는 것을 방지합니다. 재에스테르화된 레티닐 에스테르는 중성지방, 콜레스테롤, 다른 지용성 비타민 등과 함께 킬로미크론을 구성한 후 림프로 들어가고, 흉관을 통해 혈류로 들어온 후 간으로 운반되어 대사 되고 저장됩니다.

 

간은 비타민 A의 운명을 결정짓는 장소로, 섭취된 비타민 A의 50% 이상이 레티닐 에스테르의 형태로 간에 저장됩니다. 정상적인 식사를 하는 건강한 사람의 경우 소장 내강에서 레티닐 에스테르의 흡수율은 식이 내 지방 함량에 따라 70~90% 정도로 높고, 레티놀의 형태로 비타민 A를 다량 섭취해도 흡수율이 변하지 않습니다. 즉 많은 양의 비타민 A를 섭취할수록 더 많은 양이 체내에 축적되므로, 과량의 비타민 A 섭취는 독성을 일으킬 수 있습니다. 반면 카로티노이드의 흡수율은 비타민 A의 1/3 정도로 알려져 있으며 식이 내 카로티노이드 함량이 증가하면 상대적으로 흡수율이 감소합니다.

 

식사로 섭취한 카로티노이드는 소장에서 절단 효소에 의해 레티날로 분해됩니다.

 

비타민 A의 활성을 나타내는 레티놀활성당량

1 레티놀활성당량(retinol activity equivalent) (µg RAE)
= 1µg 레티놀
= 2µg 베타카로틴 보충제
= 12µg 식이 베타카로틴
= 24µg 알파카로틴 또는 베타크립토잔틴

카로티노이드로부터 전환된 레티날은 동물성 식품에서 온 레티날과 합쳐집니다. 분해되지 못한 카로티노이드 분자도 킬로미크론에 싸여 간에 와서 레티날로 전환되어 저장되거나, 지방조직에 카로티노이드 그대로 저장될 수 있습니다. 그러므로 베타카로틴을 다량 섭취해서 혈중 베타카로틴 농도가 높아지면 피부 색깔이 노랗게 변하는 베타카로틴혈증(B-carotenemia)이 나타날 수 있습니다. 이러한 증상은 정상인의 경우 베타카로틴 섭취를 중단하면 수일 내로 사라집니다.

 

간에서는 흡수된 비타민 A의 대사가 이루어지며, 간으로 이동된 레티닐 에스테르는 저장되거나 필요한 조직으로 보내집니다. 정상인의 경우 체내 비타민 A 저장량의 90% 이상이 간에 존재합니다. 간 이외의 조직에도 비타민 A가 저장되나 정상인의 경우 저장량의 10% 정도로 간에 비해 적습니다. 간에서 혈류로 나갈 때는 레티닐 에스테르가 지방산과 레티놀로 가수분해되고 레티놀이 간에서 만든 레티놀 결합단백질(retinol-bindingprotein, RBP)과 결합하여 나가므로 혈액에 존재하는 비타민 A의 주된 형태는 레티놀 결합단백질에 결합된 레티놀입니다.

 

비타민 A를 필요로 하는 조직의 단백질 수용기는 레티놀과 결합한 레티놀 결합단백질을 인식하고 레티놀을 세포 내로 유입시킵니다. 레티놀은 각 조직에서 활성을 나타내기 위해서 필요에 따라 세포 내에서 산화과정을 거쳐 레티날(retinal)이나 레티노산(retinoic acid) 등으로 전환될 수 있습니다. 반면 카로티노이드는 VLDL에 의해 간에서 혈류로 나가서 전체 조직으로 운반됩니다. 비타민 A는 쉽게 배설되지 않으나 일부가 요로 배설되므로 신장질환이 있는 경우 독증상의 발생 위험이 증가합니다.