Glycine metabolism in animals and humans: implications for nutrition and health (2013)

https://doi.org/10.1007/s00726-013-1493-1

 

글리신은 체내에서 가장 간단한 구조를 가진 아미노산으로, 세포와 조직의 대사와 건강 유지에 중요한 역할을 한다. 글리신은 주로 세린, 콜린, 트레오닌, 글리옥실산 같은 물질을 통해 합성되며, 단백질 합성, 항산화 방어, 신경 안정, 면역 조절 등 다양한 생리적 기능에 관여한다. 특히 비만, 당뇨병, 심혈관 질환, 염증성 질환, 그리고 대사 장애와 같은 현대 질병에서 글리신의 긍정적인 효과가 주목받고 있다.

 

글리신의 대사 경로

1. 글리신 합성 경로
   글리신은 체내에서 자체 합성이 가능하지만, 합성량이 부족해 외부에서 섭취해야 할 때도 있다. 주요 합성 경로는 다음과 같다.

   • 세린으로부터의 합성
     세린 하이드록시메틸트랜스퍼레이스(SHMT) 효소를 통해 세린이 글리신으로 변환된다. 이 과정은 간과 신장에서 활발하며, 글리신 합성의 주요 경로다.
   • 콜린 대사
     콜린이 베타인으로 전환되고, 사르코신을 거쳐 글리신으로 전환된다. 이는 콜린 섭취량이 부족하거나 대사 스트레스 상태에서 중요한 경로로 작용한다.
   • 트레오닌 분해
     트레오닌 디하이드로제네이스(THD) 효소가 트레오닌을 글리신으로 분해하며, 이는 포유류에서 글리신 보충의 부수적인 경로다.
   • 글리옥실산으로부터의 합성
     글리옥실산은 알라닌과 같은 아미노산의 아미노기를 통해 글리신으로 전환된다. 이 과정은 특히 신장에서 활발히 진행된다.

2. 글리신 분해 경로
   글리신 분해는 다음과 같은 세 가지 주요 경로로 이루어진다:

   • 글리신 분해 효소(GCS)를 통해 글리신은 암모니아(NH3)와 이산화탄소(CO2)로 분해된다.
   • 글리신은 세린으로 전환되며, 이 과정에서 1-탄소 단위의 활성 대사가 이루어진다.
   • 글리신은 글리옥실산으로 변환될 수 있으며, 이는 간과 신장에서 소규모로 이루어진다.

 

글리신의 주요 생리적 기능

1. 단백질 합성과 조직 구조 강화

   • 글리신은 체내에서 가장 풍부한 구조 단백질인 콜라겐과 엘라스틴의 필수 구성 요소다. 콜라겐은 뼈, 피부, 연골, 힘줄 등 결합 조직의 강도와 유연성을 유지한다.
   • 글리신은 단백질 전체 아미노산의 약 11.5%, 아미노질소의 약 20%를 차지하며, 체내 단백질 합성의 중심적 역할을 한다.

2. 항산화 방어

   • 글리신은 글루타티온 합성의 중요한 구성 요소다. 글루타티온은 세포 내에서 유해 산소종(ROS)을 제거하며, 산화 스트레스와 세포 손상을 방지한다.
   • 글리신의 항산화 작용은 특히 비만, 당뇨, 염증성 질환 등에서 세포 손상을 억제하는 데 도움을 준다.

3. 중추신경계와 신경 전달

   • 글리신은 억제성 신경 전달 물질로 작용하여 신경 세포의 흥분성을 낮추고 안정 상태를 유지한다.
   • N-메틸-D-아스파르트산(NMDA) 수용체의 조효소로 작용해 학습과 기억 같은 뇌 기능에 기여한다.

4. 지방 대사 및 소화 흡수 촉진

   • 글리신은 담즙산과 결합해 지질 분해를 촉진하며, 장에서 지용성 비타민(A, D, E, K)의 흡수를 도와 지방 대사에 기여한다.

5. 면역 조절 및 염증 완화

   • 글리신은 염증성 사이토카인(TNF-α, IL-6)을 억제하고, 항염증성 사이토카인(IL-10)의 생성을 촉진한다.
   • 염증성 질환(관절염, 염증성 장 질환 등)의 증상을 완화하는 데 도움을 준다.

 

글리신의 건강 개선 효과

1. 비만과 당뇨병 관리

   • 비만 및 당뇨 환자에서 글리신 농도가 낮게 나타나며, 글리신 보충은 혈중 인슐린 민감성을 향상시켜 혈당 조절에 도움을 준다.
   • 글리신은 중성지방과 지방산 농도를 감소시키며, 지방 축적을 억제해 대사 증후군을 개선한다.

2. 심혈관 건강

   • 글리신은 혈관 내 산화질소(NO) 농도를 증가시켜 혈관 이완을 유도하고 혈압을 낮춘다.
   • 동맥경화와 같은 심혈관 질환 예방에도 긍정적인 영향을 미친다.

3. 조직 보호와 재생

   • 글리신은 간과 신장에서 허혈-재관류 손상을 방지하며, 조직 재생을 촉진한다.
   • 수술 후 회복 과정에서 빠른 치유를 돕는다.

4. 항염증 효과

   • 염증 반응을 억제하고 면역세포 활성화를 조절해 염증 관련 질환의 증상을 경감한다.

5. 기타 건강 효과

   • 글리신은 수면의 질을 개선하고, 스트레스와 불안을 줄이는 데 도움을 준다는 연구 결과도 있다.

 

글리신 결핍과 보충 필요성

• 글리신은 비필수 아미노산으로 알려져 있지만, 체내에서 합성량이 충분하지 않을 경우 외부 보충이 필요하다. 특히 성장기, 임신, 질병 상태에서는 글리신 요구량이 증가한다.
• 글리신 보충은 안전하지만, 과도한 섭취는 부작용(예: 신경계 손상, 체내 아미노산 불균형)을 유발할 수 있으므로 적정량 섭취가 중요하다.

 

 

글리신 합성 경로

1. 세린(SERINE)에서 글리신 합성

• 경로: 세린 하이드록시메틸트랜스퍼레이스(SHMT) 효소가 세린을 글리신으로 전환
• 필요한 물질
  • 세린 (식단 섭취 또는 포도당 대사에서 유래)
  • 테트라하이드로폴레이트(THF, 1-탄소 대사 조효소)
• 결과: 글리신과 N5-N10-메틸렌 테트라하이드로폴레이트 형성
  이 경로는 글리신 합성의 가장 주요하고 널리 연구된 경로로, 간과 신장에서 활발히 일어난다.

2. 트레오닌(THREONINE)에서 글리신 합성

• 경로: 트레오닌 디하이드로제네이스(THD) 효소에 의해 트레오닌이 2-아미노-3-케토부티레이트로 분해되고, 이후 글리신으로 변환
• 필요한 물질: 트레오닌 (단백질 대사 산물)
• 결과: 글리신과 아세틸-CoA 형성
  이 경로는 주로 동물에서 트레오닌 대사에 중요한 역할을 한다.

3. 콜린(CHOLINE)에서 글리신 합성

• 경로: 콜린이 베타인으로 산화된 후, 사르코신(N-메틸글리신)을 거쳐 글리신으로 전환
• 필요한 물질
  • 콜린 (식단 섭취)
  • 베타인 알데하이드 탈수소효소
• 결과: 글리신 형성과 동시에 1-탄소 단위의 메틸 그룹 기여
  콜린 경로는 식단에서 콜린 섭취가 적을 때 글리신 합성에 기여할 수 있다.

4. 글리옥실산(GLYOXYLATE)에서 글리신 합성

• 경로: 알라닌-글리옥실산 아미노트랜스퍼레이스(AGT) 효소가 글리옥실산과 알라닌을 사용해 글리신으로 전환
• 필요한 물질
  • 글리옥실산 (대사 부산물)
  • 알라닌 (단백질 대사 산물)
• 결과: 글리신과 피루브산 형성
  글리옥실산 경로는 다른 경로에 비해 부수적인 역할을 한다.

5. 포도당(GLUCOSE) 및 글루탐산(GLUTAMATE)에서 글리신 합성

• 포도당은 해당작용(glycolysis)을 통해 중간 대사산물인 D-3-포스포글리세레이트를 생성하며, 이는 세린 합성의 기초가 된다.
• 글루탐산은 세린 합성에 필요한 글루탐산 탈수소화 과정을 통해 간접적으로 글리신 합성에 기여한다.

 

추가 정보

• 글리신 합성의 대부분은 간과 신장에서 이루어진다.
• 일부 대사 질환(예: 비타민 B6 결핍, 효소 결핍)은 특정 경로의 활성을 저해해 글리신 합성에 영향을 미칠 수 있다.
• 식단 내 세린, 콜린, 트레오닌의 적절한 섭취는 글리신 합성에 긍정적인 영향을 준다.

 

결론

글리신은 단순한 비필수 아미노산 이상의 가치를 가지며, 체내 대사와 건강 유지에 필수적인 역할을 한다. 글리신 보충은 대사 장애, 염증성 질환, 심혈관 질환, 그리고 조직 손상을 예방하고 개선하는 데 도움을 줄 수 있다. 따라서 적절한 글리신 섭취는 건강 증진과 질병 예방에 있어 중요한 전략이 될 수 있다.

 

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