박광하의 생명과학 이야기
비타민[vitamin]이란 무엇인가?
괴혈병[壞血病]의 정체
비타민의 정체가 밝혀 지게 된 것은 15세기부터 19세기에 걸쳐 장기간 항해 하는 뱃사사람[船員]들에 의 해서다. 특히 세계를 정복하다 시피 한 영국의 해군은 전사[戰死]하기 보다는 괴혈병[壞血病]으로 인한 사망자가 대부분이었다. 괴혈병이란 전신의 권태와 무력감, 식욕부진 등이 나타나다가 이어서 구강점막, 피하, 내장 등에 출혈로 인한 혈종이 나타나고 증상이 더 심해지면 결국 죽게 되는 병인데 당시에 이 병이 비타민C의 부족으로 오는 질병인지를 알 리가 없었다. 1490년대 아메리카 발견자로 알려진 그리스토퍼 콜럼버스[1451-1506.5,20]는 항해 중에 다리가 퉁퉁 부어서 걸을 수 없게 된 선원들을 중남미 카리브 해의 작은 섬에다 버리다시피 내려 놓고 항해를 계속 하였으며 돌아오는 길에 그 섬에 들렸더니 죽은 줄 알았던 선원들이 멀쩡하게 살아 있었던 것이다. 버림받은 수병들은 섬 여기 저기에 싱싱한 풀을 씹으며 연명하였는데 놀랍게도 며칠 후에 기력이 회복되고 정상으로 돌아올 수 있었다. 콜럼버스 일행은 그 섬을 포르트갈어로 치료의 섬이라는 뜻의 쿠라사오[Curacao]라고 하였다.
비타민의 발견
콜럼버스 이후 250여 년이 흐른 뒤인 1747년 린드[영국인, ‘비타민의 개척자’다. 1740년대 영국 해군함대 소속 군의관]는 “정체를 알 수는 없지만 한 영양분(비타민C)’이 부족해 괴혈병이 나타났다”고 생각했다. 6년 뒤인 1753년 그는 자신의 생각을 좀 더 발전시켜 신선한 녹색 채소를 먹으면 괴혈증을 치료할 수 있다는 주장을 논문으로 내놓았다. 미국 영양학자인 잭 챌럼은 ‘비타민의 과거·현재·미래’란 칼럼에서 “린드가 비타민의 정체를 알아내거나 비타민이라는 말을 만들지는 않았다”며 “하지만 이후 학자들이 그의 논문을 출발점으로 삼아 비타민을 연구했기 때문에 그를 ‘비타민의 개척자’로 부를 만하다”고 말했다. 린드(James Lind, 1716~1794)가 1739년부터 영국함대에서 근무하면서 병사들의 영양식에 대하여 관심을 가지고 세밀한 관찰로 괴혈병의 예방법을 모색하던 중에 레몬즙을 이용한 식이요법으로 괴혈병을 예방 할 수 있다는 것을 알게 되었고 이것이 훗날 비타민이라는 영양소의 존재를 세상에 등장 시키는 계기가 된다. 그 후에 많은 학자들의 후속연구가 계속 되여 왔으며 1929년 네덜란드의 아이크만(Christiaan Eijkman, 1858~1930)과 영국의 홉킨스(Frederick Gowland Hopkins, 1861~1947)가 비타민연구로 노벨 생리의학상을 수상함으로써, 비타민 발견자의 이름을 올리게 되었다. 1906년에 프레더릭 홉킨스는 음식물은 단백질, 탄수화물, 지방, 무기질, 물 이외에 필요한 보조영양소를 포함하고 있다고 발표하였으며, 그 후. 현미에 있는 각기병을 막아주는 효과를 가지고 있는 성분이 “아민”임을 밝혔다. 지독한 냄새를 풍기는 “암모니아– NH3”는 질소 원자 1개에 수소원자3개가 결합한 것인데 수소원자 1개가 떨어져 나간 화합물을 “아민– Amine (NH2)”이라고 한다. 이 아민 이라는 유기 화합물이 100여년전에 비타민이라는 이름의 단초[端初]가 된 것이다. 아민은 암모니아가 화학변화를 거치며 생체반응을 조절하는데 결정적인 역할을 하게 된다. 1911년 폴란드출신의 화학자 카시미르 풍크[Casimir Funk- 1884. 2. 23.-1967.11.20,]는, 각기병[脚氣病]을 유발하는 물질인 수용성 “보조 인자”을 분리하는데 성공 함으로써 생리의학계의 일대 전환의 계기를 만들게 한다. 당시 각기병은 동아시아에서 자주 발생하던 질병이었다.
생명유지에 필요한 물질-Vitamin
비타민의 발견은 세계사에 기록될 만한 놀라운 일이었고, 풍크는 이 성분을 ‘비타민’이라고 명명했다 비타민의 어원(語源)은 비타-vital(생명)와 아민-amine(질소를 함유하는 화합물의 일종)에서 나온 말이며 카지미르 풍크가 명명한 이름이다. 이 성분을 생명유지에 꼭 필요한 아민(vital amine)이라는 뜻으로 비타민(Vitamine)이라고 이름을 붙인 것이다. 그 후 많은 보조영양소에 비타민이라는 단어가 사용되었다. 그러나 새로 발견되는 대부분의 비타민은 아민을 전혀 포함하고 있지 않다는 사실이 밝혀지면서 끝 자인 ‘e’를 빼고 비타민(Vitamin)으로 주로 쓰이게 되었다. Vitamin의 발음이 미국식으로 하면 바이터민-vaɪtəmɪn, 영국–호주 식은, 비터민-vɪtəmɪn이고 한국 표준어는 비타민 이지만 학술논문 등 에는 미국식 발음인 바이터민 으로 표기하고 있다. Vitamin은 “vital-생명의”, “생명유지의”, 의 뜻과 화학 성분인 아민(Amine)이라는 물질과 결합한 화학 성분을 통틀어서 일컫는 유기화합물의 이름이다. 비타민’은 어떤 특출한 한 사람의 노력 이 아니라 여러 나라 과학자 들의 노력의 결과로 발견하게 된 것이다. 1900년대 초까지만 해도 많은 화학자들은 건강한 신체는 ‘새로운 영양’의 3대 필수 영양소, 즉 단백질, 지방, 탄수화물만 있으면 충분하다고 생각했다. 이어 1915년 미국의 화학자 엘머 맥컬럼[Elmer McCollum, 1879. 3. 3. ~ 1967. 11. 15.]이 쥐를 대상으로 한 실험에서 부족하면 눈병을 유발하고, 성장을 저해할 수 있는 또 다른 성분을 분리해 내는 데 성공했다. 맥컬럼은 처음에 이 성분이 물에는 녹지 않고 기름에 용해되는 물질임을 확인하고 ‘지용성[脂溶性]인자 A’라고 명명했으나 풍크의 ‘비타민’이 더 기억하기 쉽다는 사실을 알고 나서는 ‘비타민 A’로 바꾸었다. 그 후 발견되는 새로운 비타민은 순서에 따라 알파벳 순[順]으로 명명하게 된 것이며 풍크가 4년이나 앞서 발견한 ‘비타민 B’를 약삭빠르게도 두 번째로 밀어낸 것이다.
수용성 비타민-B, C. 지용성 비타민-A, D, E, K
비타민의 연구가 활발하게 전개 되기 시작 하였고, 7여 년에 걸친 연구 끝에 괴혈병을 예방하는 비타민 C와 구루병을 예방하는 비타민 D도 성공적으로 분리해 냈다.. 초기에는 생체에서는 합성되지 않지만 생체에 꼭 필요한 영양소를 추적하는 과정에서 어떤 것은 물에 잘 용해 되고 어떤 것은 기름에 용해가 되는 차이가 있다는 것을 알게 되면서 발견된 물질의 이름을 “지용성a”이니 “수용성c” 이니 하다가, 풍크가 “비타민” 이라는 이름을 등장 시키는 바람에 비타민은 세상에 크게 주목 받는 물질이 되었고, “비타민 생화학” 이라는 새로운 학문영역 까지 등장 하였다. 기름에 용해되는 지용성 비타민에는, A, D, E, K 등이 있고 수용성인 B, C 등이 있다. 이제까지 비타민 종류를 대략 13가지 정도로 보고 있으며 경중을 따질 수 없이 다 중요 하다고 할 수 있다. 그러나 학자들에 따라서는 유난히 강조 하는 비타민이 있다. 한국의 이왕재 교수가 그 사람이다. 그는 방송 출연도 하고 각종 매스컴에 등장 하는 바람에 “비타민C 박사”라고 알려 졌다. 인터넷 검색 하면 “비타민C”에 관한 그의 주장은 넘쳐 나듯 많다. 비타민C 전도사 라고 할 만큼 비타민C 예찬론 자다. 그의 연구 경력이나 경험으로 얻은 확신을 가지고 주장 하는 것이나 반론도 만만치 않다. 비타민 C가 기능은 같으나 화학적 구조의 차이가 있는 두 가지가 종류가 있다. 대표적인 것이 아스코르브산(ascorbic acid)이고 다른 하나는 디하이드로아스코르브산(dehydroascorbic acid)이다. 다른 종류도 마찬가지다. 비타민A는 알파카로틴, 베타카로틴 등이 있고 비타민B는 B1-티아민, B2-리보프라빈, B3-나이아신, B6-피리독신 등으로 화학구조의 차이가 나는 유기화합물이다. 비타민C는 선원들과 같이 특수한 환경에서 채소, 과일 등을 섭취 할 수 없는 환경의 선원들과 같은 특수 직업군에게 문제가 되는 것이지 거의 모든 음식물에 들어있을 정도로, 가장 쉽게 접할 수 있는 비타민의 하나이다. 아스코르빈산으로서의 비타민C는 장 내 환경을 약한 산성으로 만든다. 강한 환원재로서 콜라겐의 합성 효소 활성화등 인체에 있어 필수적인 성분중 하나이다. 비타민C는 콜라겐생성에 관여한다. 비타민 C가 부족하면 콜라겐 생성이 줄고 뼈가 약해져 출혈이 쉬워진다. 또 근육이 약해지고 심장이 비대해 지며 피로감, 무력감, 신경실조에 걸릴 수도 있다. 그밖에 노화방지와 스트레스를 해소하고 철분흡수를 도와준다. 감자의 비타민C는 사과보다 3배나 많다. 간식으로 반찬으로 무심코 먹는 감자지만 알고 먹으면 맛도 건강도 배가 된다.
박광하(전 여주대신고 교감, 전 수원계명고 교장)
필자 박광하 선생은 1963년 고려대학교 생물학과를 마친 후에 평생을 생물학 강의와 교육에 헌신하여 왔다. 여주 대신고등학교 교감과 수원 계명고등학교 교장을 끝으로 은퇴, 호주로 이주하여 시드니에 거주하며 집필 활동을 하고 있다.