비타민C, L-아스코르브산이란

 

지난 시간까지 기나긴 비타민B군에 관한 이야기는 마무리되었으며 이번 시간부터는 비타민B군 이후 물질들에 대해 차근차근 알아가보고자 합니다. 그 첫번째로 바로 많은 분들이 엽산과 더불어 가장 많이 알고 있고 섭취도 많이 하고 있는 비타민C, 일명 아스코르브산입니다. 비타민C는 비타민B군과 더불어 대표적인 수용성 비타민으로 체내에서 자체 합성을 할 수 없으며 축적량이 많지 않고 신장을 통한 소변으로 배출이 잘 되므로 꾸준히 규칙적으로 섭취를 해야 하는 물질입니다.

 

"비타민C 발견 역사"

 

알베르트 센트-기오르기(1893~1986), 헝가리-미국 생화학자

 

비타민C와 관련하여 유명한 일화들은 비타민 시리즈의 첫 글에 상세하게 기술한 바 있으니 이번시간에는 실제적으로 비타민C를 발견한 과정 위주로 설명하도록 하겠습니다. 비타민C 결핍증의 대표적인 예인 괴혈병은 대 항해시대인 16세기경 항해 중인 많은 선원들의 목숨을 앗아갔습니다. 이 질환에 대한 인류 초창기 기록은 BC 400년경 히포크라테스가 기술한바 있지만 질병의 원인에 대한 과학적 기초를 제공하려고 한 최초의 인물은 영국 왕실 해군의 군의관 제임스 린드(James Lind)에 의해 이루어졌습니다. 린드는 여러가지 통제 실험을 통해 감귤 열매가 괴혈병 예방에 효과적이라는 것을 밝혀냈고 1753년 '괴혈병에 관한 논문'에 자신의 연구를 발표하였습니다.

 

괴혈병 치료제라는 명칭은 18세기와 19세기 괴혈병을 예방하는 것으로 알려진 식품들을 총칭하는 용어로 사용하였으나 어떤 기전을 통해 예방하는지는 알지 못했습니다. 또한 괴혈병을 치료하는 물질이 확인되기 전에도 가공하지 않은 동물성 식품을 포함하여 거의 모든 신선한 음식이 괴혈병을 예방하는데 충분한 양으로 존재한다는 암시를 여러 문헌을 통해 확인할 수 있었습니다. 1928년 북극 인류학자 빌흐잘무르 스테판손(Vilhajalmur Stefansson)은 이누이트족은 식물성 식품을 거의 먹지 않고도 괴혈병에 걸리지 않으나 탐험에 참가한 유럽인은 이누이트와 비슷한 양의 충분한 삶은 고기를 섭취하는데도 괴혈병에 걸리는 것을 보고 최소한으로 삶은 신선한 고기에서 괴혈병을 치료하는 물질을 얻을 수 있다는 이론을 세웠으며, 1928년 2월부터 1년간 스테판손과 그의 동료들은 의료진의 감독 하에 최소한으로 삶은 고기만 섭취하고 지냈는데 괴혈병에 걸리지 않고 건강을 유지한 것을 확인하게 됩니다.

 

1907년 괴혈병 치료 인자를 분리하여 정확히 확인하기 위한 생물학적 시료 모델이 개발되었습니다. 노르웨이 어선단에서 발생하는 선상 각기병을 연구하던 노르웨이의 두 내과의사인 악셀 홀스트(Axel Holst)와 테오도르 프뢸리히(Theodor Frølich)는 각기병 연구에 이용하던 비둘기를 검사용 소형 동물로 대체하고 싶어했습니다. 이들은 작은 동물인 기니어피그를 이용하기로 하고 비둘기에게 각기병을 유발했던 먹이인 시험용 곡물과 밀가루로 만든 먹이를 먹이기 시작했습니다. 그런데 정말 우연하게도 오히려 각기병이 아닌 괴혈병이 발생하는 것을 확인하게 되었습니다. 그 당시까지 괴혈병은 인간 이외 다른 동물에게서는 관찰된 적이 없던 질병이었기에 인간에게만 발생하는 질병으로 인식하고 있었습니다. 이후 홀스트와 프뢸리히는 다양한 신선한 먹이와 추출물을 먹임으로써 기니아피그의 괴혈병을 치료할 수 있음을 발견하게 됩니다. 음식물에 함유된 비타민에 대한 본질적인 생각이 제기되기도 전에 괴혈병에 대한 완벽한 실험 모델이 발견된 것은 비타민C 연구에 있어 가장 중요한 부분으로 간주되었습니다.

 

이후 많은 연구과정을 거쳐 1928년 헝가리 연구팀이었던 알베르트 센츠-기오르기(Albert Szent-Györgyi)와 조셉 L. 스뷔르벨리(Joseph L. Svirbely)는 괴혈병 치료 인자를 처음으로 확인하게 됩니다. 센츠-기오르기는 메이요 클리닉에서 동물의 부신으로부터 화학적 L-헥수론산을 분리해내게 되었으며, 1932년 후반 이 헥수론산이 괴별형 치료 인자라는 것을 증명하게 되었으며, 1933년 추가적인 연구를 통해 영국의 저명한 화학자인 월터 노먼 하워스(Walter Norman Haworth)와 함께 이를 인공적으로 합성하게 됩니다. 이후 센츠-기오르기와 하워드는 L-헥수론산을 '괴혈병을 없애는 산(a-scorbic acid)'이라고 부를 것과 괴혈병에 대항하는 작용에 경의를 표하는 의미에서 L-아스코르브산으로 명명하기로 했습니다.

 

1933~1934년 동안 하워스와 동료 영국인 화학자 에드먼드 허스트(Edmund Hirst)는 비타민C를 직접 합성하였고 이 외에도 독자적인 연구를 통해 폴란드의 화학자 타데우스 리히슈타인(Tadeus Reichstein)도 별도로 비타민C를 대량으로 합성하는데 성공하였으며 이것이 인공적으로 생산한 최초의 비타민이 되었습니다. 이후 리히슈타인 공정으로 반합성 비타민C는 값싸게 대량 생산할 수 있게 되었으며 빠르게 시판될 수 있었고 이 리히슈타인 공정은 오늘날에도 비타민C 생산에 널리 이용되고 있습니다.

 

"비타민C의 구조적 형태"

 

비타민C(L-아스코르브산) 구조식

 

비타민C의 화학식은 C6H8O6으로, 한 분자의 비타민C는 탄소원자 6개, 수소원자 9개, 산소원자 6개로 이루어져 있습니다. 허나 분자 내 모든 원자들이 평명 위에 놓여 있지 않으며 3차원적으로 배열이 되어 있는 상태입니다. 비타민C, 일명 아스코르브산은 산의 일종이며 항산화제로서 체내에서 산화 방지의 역할을 하는데 이건 유기산의 특징입니다.

 

아스코르브산은 비닐로기성 카르복실산(vinylogous carboxylic acid)이고, 하이드록실 중 하나에서 탈 양성자화될 때 아스코르베이트 음이온을 형성하며 이 음이온은 공명으로 인한 전자의 비편재화를 통해 안정됩니다. 이러한 특성은 리덕톤(reductone)의 특징으로, 아스코르브산은 리덕톤의 대표적인 예라고 할 수 있습니다 리덕톤이란 엔디올기에 인접하여 카르보닐기를 갖는 화합물의 총칭을 의미합니다.

 

비타민C는 ph 5이하의 환경에서는 아스코르브산, 이상에서는 아스코르브산염으로 주로 존재하며 이는 아스코르브산음이온이 상호변환으로 공명하는 구조이기에 가능한 형태입니다. 아스코르브산은 구연산과 마찬가지로 산의 형태를 나타내지만 실제적으로 포도당(C6H12O6)과 구조적으로 관련이 있습니다. 인체는 비타민C를 직접적으로 합성할 수 없지만 다른 포유 동물이나 식물들은 체내에서 포도당을 통해 비타민C를 직접 합성할 수 있습니다.

 

"비타민C 기능 및 결핍 증상"

 

 

비타민C는 인체에서 다양한 기능을 수행합니다. 직접적으로는 이온화 상태, 산화-환원 상태, 접촉면을 낮추기 위한 역할, 수산화 이온의 참여 등 생리 화학적 성질을 경유해 다양한 기능에 관여합니다. 간접적으로는 효소 활성도에 영향을 미치며, 아드레날린, 노르아드레날린, 세로토닌 등의 호르몬 생산에 관여합니다. 또한 효소 합성, 체내 독성 물질 해독, 항히스타민 효과, 손상된 조직 재생 등에도 도움을 줍니다. 이 외에도 체내 콜라겐 합성 및 아미노산의 수산화를 담당하고 항산화제로서의 역할도 수행하며, 철분 흡수를 증가 시키고, 엽산 이용을 효율적으로 할 수 있도록 관여합니다.

 

비타민C는 혈액보다 조직 내에 더 많이 존재하며 연령, 부위, 개인에 따라 저장의 차이가 있지만 일반적으로 부신 > 백혈구, 뇌하수체 > 뇌 > 눈, 췌장 > 신장, 간, 비장 > 심장 근육 > 혈장 순으로 비타민C를 함유하고 있습니다.

 

부신에서 비타민C 작용은 부신에서 생성되는 호르몬과 관련이 크며, 호르몬 생성을 돕고 산화를 방지하는 역할을 합니다. 백혈구에서는 좀 더 다양한 역할을 수행하는데 감마-글로불린을 생성하고 백혈구를 통해 손상된 조직으로 이동하여 조직을 재생하는데 중요한 역할을 합니다. 또한 백혈구의 탐식 작용을 강화시키고 항히스타민 작용에 관여합니다. 뇌에서는 노르아드레날린과 세로토닌의 생성에 관여하며 노르아드레날린의 산화를 막고 기 생성된 노르아드레노크롬을 감소시킵니다. 또한 뇌-혈액 장벽을 강화시키며 신경 독성 물질을 차단시키는 역할도 합니다.

 

비타민C는 결핍이 발생할 경우 너무나도 유명한 괴혈병을 유발하며 이외에도 주요 결핍 증상으로 관절 통증, 빈혈, 감염성 질환, 만성 피로, 식욕 부진, 우울증 등이 나타나게 됩니다. 하지만 현대에 들어서 비타민C 결핍으로 인한 괴혈병은 거의 발생하지 않고 있으며 적절한 식단과 신선한 채소, 과일 등을 꾸준히 섭취할 수 있다면 결핍에 대한 걱정은 크게 하지 않아도 됩니다. 다만 흡연, 알코올 중독 등에 의해서는 비타민C의 필요량이 훨씬 늘어날 수 있기 때문에 기본적인 건강 관리가 필수입니다.

 

비타민C를 과다 섭취할 경우와 관련해서는 기본적으로 수용성을 띄기 때문에 몸에 축적되지 않고 금세 배출되기 때문에 큰 문제가 없으나 고용량을 단기간에 복용할 경우 철분 독성이나 메스꺼움, 복통, 설사 등을 유발할 수 있다는 연구결과가 있기 때문에 특별한 상황이 아닌 이상 단기간에 고용량 비타민C 식이보충제 등을 다량 섭취하는 것은 주의해야 합니다.

 

"비타민C 함유 식품"

 

 

비타민C는 대부분 식물성 식품을 통해서 섭취하기가 용이합니다. 동물성 식품에도 함유되어 있지만 식물성에 비하면 그 양이 효율적이지 않기 때문에 가급적 신선한 채소, 과일 등을 통해 섭취할 것을 권장합니다. 그럼 몇 가지 예를 통해 어떠한 식품에 비타민C가 함유되어 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

동물성 식품으로 동물의 간이나 고등어 등 그 종류가 많지 않지만 식물성으로 섭취할 수 있는 식품으로는 고추, 구아바, 오렌지 주스, 케일, 자몽, 복숭아, 키워, 브로콜리, 사과 주스, 콜리플라워, 방울 양배추, 레몬, 리치, 오렌지, 겨자, 파파야, 딸기, 귤, 파인애플 등 수많은 종류가 있습니다. 따라서 육식 위주의 식단을 챙겨 드시는 분이라도 가급적이면 비타민C 섭취를 위해서는 각종 채소나 과일류도 꼭 같이 드시는 것이 비타민C 섭취에 큰 도움이 된다는 것을 알 수 있습니다.

 

비타민C 일일 권장량

 

비타민C의 일일 권장량은 위 표와 같으며, 일반적인 영양제 형태의 비타민C 제품들의 함량은 1,000mg ~ 1,500mg으로 권장량보다 훨씬 높은 수준임을 알 수 있습니다. 수용성 비타민의 특성상 다량 섭취해도 어느 정도 시간이 지난 후 몸 밖으로 배출되긴 하지만 앞서 언급했듯이 단기간에 고용량으로 다량 섭취할 경우 부작용이 발생할 수 있다는 점을 꼭 인지하고 적절한 양을 섭취할 수 있도록 해야됩니다.

 

여기까지 비타민C에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간에는 비타민D, 칼시페롤에 대해 알아보도록 하겠습니다.