비타민E, 토코페롤이란

 

이번 시간에는 비타민E, 일명 토코페롤이라고 하는 물질에 대해 알아보도록 하겠습니다. 비타민E는 콩기름, 채종유, 면실유, 야자유 등 식물성 기름에 많이 함유되어 있는 지용성 비타민입니다. 비타민E도 단일 물질이 아닌 8가지 다른 유기 화합물을 총칭하는 명칭이며, 8가지 중 알파-토코페롤이 인체에 가장 많은 영향을 미치는 물질입니다.

 

"비타민E 발견 역사"

 

허버트 맥클레인 에반스(1882~1971), 미국 유전학자

 

비타민E는 1922년 미국의 유전학자인 허버트 맥클레인 에반스(Herbert Mclean Evans)와 캐서린스콧 비숍(Katharine Scott Bishop)에 의해 발견되었고 이후 1935년 캘리포니아 버클리 대학교의 글래디스 앤더슨 에머슨(Gladys Anderson Emerson)에 의해 최초로 순수한 형태로 분리되었습니다. 독일의 화학자인 에르하르트 페른홀쯔(Erhard Fernholz)는 1938년 비타민E의 구조를 분석하였으며 그 직후 같은 해 스위스의 화학자 파울 카러(Paul Karrer)와 그의 연구팀은 비타민E를 최초로 인공 합성하는데 성공했습니다.

 

에반스는 쥐와 관련된 실험 중 쥐에게 우유만을 제공했을 경우 생식 능력이 쇠퇴해 버리지만 우유에 맥배아유를 같이 주게 될 경우 번식력이 회복되었다고 하는 실험 결과에 힌트를 얻어 소맥배아유에 함유되어 있는 유효 성분을 연구하게 되었으며, 해당 연구를 통해서 토코페롤을 처음 발견하게 되었습니다. 여기서 토코페롤이란 "자식을 얻을 수 있는 알코올"이라는 의미를 갖고 있습니다.

 

최초로 비타민E를 치료제로 이용한 사람은 1938년 비덴바우어(Widenbaur)였는데, 그는 성장 장애를 겪고 있는 17명의 조산아에게 밀배아유 보충제를 사용하였습니다. 최초의 환자 17명 중 11명은 회복이 되었으며 정상적인 속도로 일반인과 같은 성장을 할 수 있었습니다.

 

캐서린 스콧 비숍(1889~1975), 미국 의사

 

1945년 캐나다 온타리오 주 출신의 오누이인 에반스 V. 슈트(Evans V. Shute) 여사와 윌프레드 E. 슈트(Wilfred E. Shute)는 비타민E 메가도스(megadose)는 죽상동맥경화증을 지연시키거나 심지어 진행을 되돌릴 수 있다고 주장하는 논문을 발표하였습니다. 이에 동료들의 검토 발표가 곧 뒤를 이었습니다. 또한 1936년 같은 연구팀은 알파-토코페롤은 혈소판감소성자반병에서 실험 및 임상적으로 모세혈관의 투과성 손상, 혈소판 수가 적은 증상을 개선해 준다는 것을 증명하였습니다.

 

이후 1948년 쥐에 대해 알록산(alloxan) 효과를 실험하고 있는 동안 기오르게(Gyorge)와 로제(Rose)는 토코페롤을 투여한 쥐가 그렇지 않은 쥐보다 용혈 현상이 덜 나타나고 있다는 데 주목하였습니다. 1949년 겔로스지(Gerloczy)는 부종을 예방하고 치료하기 위해 올-랙-알파-토코페릴-초산염(all-rac-α-tocopheryl acetate)를 투약하였습니다. 투약 방법은 경구 투여와 정맥 주사법이었는데, 경구 투여는 양성 반응을 보였고 정맥 주사법은 반응을 보이지 않았습니다. 비타민E 보충의 이점에 관한 이 초기의 조사 연구는 1960년대 기술된, 비타민E 결핍으로 인한 용혈성 빈혈의 치료로 가는 관문이 되었으며 이후 비타민E 부족으로 인한 유아의 용혈성 빈혈은 비타민E 처방으로 근절되었습니다.

 

"비타민E의 구조적 형태"

 

비타민E(토코페롤) 구조식

 

자연계에는 비타민E의 활성을 가진 화합물이 8 종류가 존재합니다. 이 중 4 종류는 토코페롤(tocopherol) 계통이며, 나머지 4 종류는 토코트리에놀(tocotrienol) 계입니다. 토코페롤과 토코트리에놀 모두 α, β, γ, δ로 구분되며, 이 중 알파-토코페롤(α-tocopherol)의 생물학적 활성이 가장 큰 역할을 수행합니다. 비타민E를 구성하고 있는 긴 탄소 꼬리에 있는 탄소 원자 중 3개는 2종류의 공간구조(R과 S)를 가질 수 있으므로 8 종류의 이성체가 생성될 수 있습니다. 이 중 첫 번째 탄소에서 R 구조를 가진 비타민E 이성체(RRR, RSR, RRS, RSS)만 체내에서 활성을 갖게 됩니다. 식품에 함유된 비타민E는 모두 RRR 구조를 가지므로 활성 형태라고 할 수 있습니다. RRR-α-tocopherol은 D-α-tocopherol으로 표기하기도 합니다. 합성 비타민E는 RRR-α-tocopherol ester 또는 all rac-α-tocopherol의 형태로 판매되고 있습니다. all rac-α-tocopherol이란 처음 탄소에서 R 구조를 갖는 이성체(RRR, RSR, RRS, RSS)와 S 구조를 갖는 이성체(SRR, SSR, SRS, SSS)가 동량 혼합된 것으로, 체내에서 절반의 활성을 갖게 됩니다. all rac-α-tocopherol은 DL-α-tocopherol으로 표기하는 편입니다.

 

"비타민E 기능 및 결핍 증상"

 

 

비타민E는 앞서 언급한 바 있듯이 토코페롤 계통과 토코트리에놀 계통이 있습니다. 먼저 토코페롤(D-α-tocopherol)은 중요한 지용성 항산화제입니다. 이는 글루타치온 과산화효소(glutathione peroxidase) 경로에서 항산화제로서 기능을 수행하며 지질 과산화 연쇄반응으로 생성된 지질 라디칼(lipid radical)과 반응함으로써 세포막이 산화되는 것을 방지해 줍니다. 이는 자유 라디칼 중간 물질을 제거해 주고 산화 반응이 지속되지 않도록 하는 역할을 수행하는데 이 과정에서 생산된 산화된 알파 토코페롤 라디칼은 아스코르빈산염(ascorbate), 레티놀(retinol), 유비퀴놀(ubiquinol)과 같은 다른 항산화제에 의해 환원되어 활성형으로 재생됩니다. 그러나 체내의 농도에서 이 분자의 항산화적 특성의 중요성은 아직 불확실편입니다. 다른 형태의 비타민E는 자체적인 고유 특성을 가지고 있는데 감마 토코페롤(D-γ-tocopherol)은 친전자성 돌연변이원과 반응하는 구핵 원자입니다.

 

토코페롤에 비하면 아직 토코트리에놀(tocotrienol)은 많은 연구가 진행되지 않은 물질입니다. 그래 비타민E와 관련된 많은 논문 중 토코페롤과 관련된 논문은 그 수가 많지 않으며 현재의 전체적인 연구 방향은 토코트리에놀 쪽으로 더 많은 중요성을 두기 시작했습니다. 토코트리에놀은 알려진바가 많지 않으나 비타민E 군 내에서 더욱 강력한 항산화제 역할을 할 수 있다고 알려져 있습니다. 몇 가지 연구는 토코트리에놀이 하이드록시메틸글루타릴 조효소 A(HMG-CoA) 환원 효소의 활성을 억제함으로써 뉴런의 손상과 콜레스테롤의 감소를 막아주는 특수한 역할을 수행한다고 밝힌 바가 있습니다.

 

그럼 비타민E가 체내에서 부족하게 되어 결핍될 경우 어떠한 결핍 증상이 나타나는지 알아보겠습니다. 주요 비타민E 결핍 증상으로는 생식 불능, 척수소뇌성운동실조, 근육 질환, 말초신경병증, 운동 실조, 골격근 질환, 망막병증, 면역반응 장애, 적혈구 파괴로 인한 빈혈 및 간 괴사 등이 있습니다. 다행스럽게도 사람에게 있어서 비타민E 결핍증은 거의 나타나지 않기 때문에 대부분 일상적인 식사를 통해서 비타민E 결핍증을 예방하기에 충분한 양의 비타민E가 섭취되고 있다는 것을 알 수 있습니다. 실제로 유전적으로 토코페롤 결합 단백질이 부족하거나 단백질-에너지 영양 불량(PEM) 또는 심한 흡수 불량의 경우를 제외하고는 비타민E 결핍증은 잘 나타나지 않기 때문입니다. 하지만 어떠한 원인이라도 일단 비타민E가 결핍될 경우 심각한 신경 손상 증상이 나타날 수 있습니다.

 

비타민E 과잉 증상에 대해서는 식품에 자연적으로 함유된 비타민E를 섭취하면서 나타난 과잉 증상이나 독성 및 유해 영향에 대해 보고된 바는 없습니다. 하지만 고용량의 비타민E는 다른 지용성 비타민인 비타민A, 비타민D, 비타민K의 기능을 저해할 수 있다는 연구 결과가 있습니다. 비타민E를 하루 1,000 I.U 이상 섭취할 경우 두통, 피로, 구역질, 근무력화, 위장 장애 등의 부작용이 나타난다는 보고가 있으며, 식이보충제의 형태로 비타민E를 과량 섭취할 경우 출혈 증가, 프로트롬빈 시간 증가, 혈소판 응집 및 흡착 억제, 혈액 응고 억제 등과 같은 출혈 독성이 나타날 수가 있습니다.

 

"비타민E 함유 식품"

 

 

비타민E가 함유된 식품들로는 콩기름, 채종유, 면실유, 야자유, 해바라기유, 옥수수유 등 식물성 기름과 씨눈 등이 있습니다. 그에 반해 육류, 어류, 동물성 기름 및 대부분의 채소에는 비타민E가 거의 함유되어 있지 않고 일부 녹색 채소에는 소량의 비타민E가 함유되어 있습니다. 동물성 식품의 비타민E는 대부분 알파-토코페롤의 형태이지만 식물성 식품의 경우에는 여러가지 다양한 이성체의 형태로 함유되어 있습니다. 예를 들어 옥수수, 대두 및 들기름에는 감마-토코페롤이 큰 비중을 차지하고 있습니다. 이 외에도 이들 식품의 추출물 또는 비타민E를 강화 합성 첨가한 가공 식품과 비타민E 식이보충제를 통해서 섭취할 수 있습니다.

 

비타민E의  형태, 종류 및 활성도

 

비타민E의 표기 방식은 mgα-TE와 I.U를 사용하는데 여기서 I.U라는 단위는 지난 비타민D 시간에도 설명한 바 있듯이 국제 단위(International Unit)의 약자이며 효소나 비타민의 활성의 양을 나타내는 단위입니다. mgα-TE의 경우 mg는 밀리그램을 나타내며 α-TE는 비타민E의 형태를 의미하며 TE는 Tocopherol Equivalent의 약자입니다. 비타민E의 종류와 형태 및 1mg 당 활성도에 대해 표기하자면 위 표와 같기 때문에 비타민E가 어떤 형태 및 종류의 토코페롤이냐에 따라 활성도가 달라지므로 영양성분표에 표기된 각 성분의 형태가 어떤 제품인지 확인하는 것이 좋습니다. 예를 들어 비타민E 400 I.U 제품에서 표기된 비타민E의 형태가 D-α-Tocopherol(디-알파-토코페롤)일 경우 400 I.U를 1.49(활성도 I.U)로 나눌 경우 약 268mgα-TE로 변환할 수 있습니다. 만약 비타민E의 형태가 D-α-Tocopheryl succinate(디-알파-토코페릴 호박산)로 구성되어 있는 제품이라면 400 I.U / 1.21 = 300mgα-TE로 변환시켜서 확인할 수 있습니다.

 

비타민E 충분 섭취량

 

위 표와 같이 비타민E 역시 일일 권장량이 아닌 충분 섭취량으로 표기하고 있으며 그 내용은 위 표와 같습니다. 위 표에는 명시하지 않았지만 비타민E 1일 상한 섭취량의 경우 1~2세는 200mg, 3~5세 250mg, 6~8세 300mg, 9~14세 400mg, 15~18세 500mg, 19세 이상과 임신부, 수유부 모두 540mg입니다. 따라서 상한 섭취량 미만으로 충분 섭취량을 충족하는 수준에서 비타민E를 섭취할 수 있도록 해야하겠습니다.

 

여기까지 비타민E에 대해 여러가지를 알아보았습니다. 다음 시간에는 마지막 비타민K, 필로퀴논에 대해 알아보도록 하겠습니다.