달콤한 과일과 꿀은 암을 촉진한다
그림: ① 과당(프럭토스)은 간 중성지방의 합성을 항진시키고 고지혈증이나 동맥경화를 일으킨다. ② 과당은 단백질을 당화하여 동맥경화와 피부노화를 촉진한다. ③ 과당은 인슐린 저항성을 일으키고 ④ 지방합성이 항진하고 비만과 대사 증후군의 발병을 촉진한다. ⑤ 인슐린 저항성은 2형 당뇨병을 일으킨다. ⑥ 과당은 오탄당 인산경로의 트랜스케톨라아제(transketolase)의 활성을 높여 핵산합성이 항진한다. ⑦ 과당은 염증과 활성산소의 생산을 높여, 산화 스트레스가 항진한다. ⑧ 이러한 복합적인 작용에 의해 과당은 암세포의 발생과 증식, 전이를 촉진한다. ⑨ 과당은 강한 단맛이 있기 때문에, 뇌 보상체계를 자극하고, 단맛 의존(단맛 중독)의 상태에서 벗어나는 것은 어렵고, 달콤한 음식을 끊을 수 없다. 과당을 많이 함유한 달콤한 과일과 꿀의 과다섭취는 암이나 순환기 질환의 위험을 높인다.
단 것은 유방암의 발병위험을 높인다】
과일과 꿀이 건강에 좋다고 생각하는 사람은 많습니다. 암 환자 중에도 과일과 꿀은 많이 섭취해도 문제 없다고 생각하는 사람은 상당히 있습니다.
그러나 암 예방과 치료에 종사하는 입장에서는 "달콤한 과일과 꿀의 섭취를 늘리는 것은 권장할 수 없다"고 말하지 않을 수 없습니다. 그것은 혈당지수가 높은 자당(슈크로스)과 포도당(글루코스)은 비만과 암세포의 증식을 촉진하는 과당(프럭토스)이 많이 함유되어 있기 때문입니다.
혈당지수가 높은 식사, 특히 달콤한(설탕이나 액상과당 등을 첨가한) 식품과 음료가 유방암 발병위험을 높이는 것으로 보고되었습니다. 다음과 같은 논문이 있습니다.
Glycemic index, glycemic load and mammographic breast density: the EPIC Florence longitudinal study(혈당지수와 당부하지수, 맘모그래피의 유방 음영: EPIC 플로렌스 종단 연구) PLoS one 2013 Aug 7; 8(8): e70943.
EPIC(European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition)은 "암과 영양에 관한 유럽 전향적 연구"라는 뜻으로, 국제 암 연구기관이 코디하고, 유럽 10개국에서 피험자를 모집한 다시설 시험입니다. 총 약 50만명을 대상으로 한 유럽의 대규모 역학연구입니다. 코호트(cohort)라는 것은 역학연구에서 "특정 지역이나 집단에 속한 사람들"이라는 것입니다. 즉, 이 보고서는 "암과 영양에 관한 유럽 전향적 연구(EPIC)"로, 연구 대상이 된 집단 중 이탈리아 플로렌스(이탈리아에서 피렌체)에 사는 집단을 분석한 역학연구입니다.
종단적 연구(longitudinal study)라는 것은 동일한 대상자를 일정 기간 지속적으로 추적하고, 어떤 시점에서 측정을 행하여 변화를 검토하는 연구입니다. 맘모그래피에 의한 유방 음영(mammographic breast density: MBD)은 유선조직이 여성 호르몬과 증식인자에 의한 자극의 축적 마커(표지자)로 인식되고 있고, 유방암의 위험인자로 알려져 있습니다. 혈당지수와 당부하지수가 높은 식사는 인슐린유사 성장인자를 통한 메커니즘으로 유방암의 발병위험을 높일 가능성이 지적되었습니다.
이 보고서는 EPIC-플로렌스의 코호트 여성을 대상으로, 참가 5년 후에 유방 X선 검사를 행하여, 식사와 생활습관에 대한 자세한 정보와 신체측정 데이터를 얻어서, 탄수화물 섭취, 혈당지수, 당부하지수와 유방 음영과의 관계를 전향적 연구로 검토하였습니다. 이 연구에서는 당부하지수 및 모든 탄수화물 섭취량과 유방 음영의 증강 간에 관련을 인정하고 있습니다.
다음과 같은 보고 있습니다.
Consumption of sweet foods and mammographic breast density: a cross-sectional study(달콤한 음식의 섭취량와 맘모그래피의 유방 음영: 하나의 횡단적 연구) BMC Public Health 2014 Jun 26; 14: 554. doi: 10.1186/1471-2458-14-554.
달콤한 음식의 섭취와 유방암 발병위험 간에 플러스(正)의 상관관계가 있음이 여러 연구에서 보고되었습니다. 이 보고서는 유방암의 발병위험과 밀접한 관련이 있는 유방촬영술(맘모그래피)에서 유방 음영(mammographic density; MD)과 달콤한 음식의 섭취와의 관련에 대해 검토하고 있습니다.
이 연구에서는 폐경 전 776명과 폐경 후 779명의 여성을 대상으로 하여 유방 X선 검사를 실시하여, 달콤한 음식과 음료의 섭취와 유방 음영과의 관련을 검토하고 있습니다.
횡단적 연구라는 것은 특정 대상에 대해서 특정 시점에서 측정하고 검토를 행하는 연구로, 소급하거나 장래에 걸쳐서 조사하거나 하지 않는 연구방법입니다. 이 연구에서는 유방 음영을 유방촬영술과 컴퓨터를 이용한 방법으로 평가하고, 식사 섭취 빈도 조사표(food-frequency questionnaire)를 이용하여 설탕을 많이 첨가한 식품과 음료의 섭취량이나 첨가한 설탕의 양을 평가하고 있습니다.
관련성은 다변량 일반화 선형 모델(Multivariate generalized linear models)을 이용하여 분석하고, 연령과 체질량 지수 등을 포함할 가능성이 있는 교란인자를 조정하여 평가하고 있습니다.
이 연구의 결론은 "달콤한 음식과 설탕을 첨가 한 음료의 섭취량과 유방 음영의 증강은 관련한다"라고 되어 있습니다. 달콤한 음식과 설탕, 액상과당 등의 당류를 첨가한 식품과 음료의 섭취는 유방암뿐만 아니라 다른 암에서도 발병위험을 높이는 요인이 되고 있습니다. (520화 참조)
【과당과 포도당】
더 이상 가수분해되지 않는 당류를 단당류(monosaccharide)라고 합니다. 여러 단당류가 결합하면 결합된 단당의 수에 따라 이당류과 올리고당 및 다당류라는 큰 당류가 됩니다. 생물에게 에너지 원이 되는 단당류의 대표는 포도당(글루코스)과 과당(프럭토스)입니다. 모두 6개의 탄소로 구성되어, 화학식은 C6H12O6로 같지만 구조가 다릅니다(이성질체라고 한다). 자당(슈크로스)은 포도당과 과당이 한 개씩 결합한 이당류입니다(그림 참조).
그림: 자당(蔗糖, 설탕)은 포도당(글루코스)과 과당(프럭토스)가 결합된 이당류로, 전분은 포도당이 다수 결합하고 있다. 이러한 탄수화물은 소화기관의 소화효소로 각각의 단당류로 분해되어 체내에 흡수된다.
식사에서 섭취하는 탄수화물의 대표는 곡물이나 감자류 등에 함유된 전분(녹말)이며, 전분은 포도당이 다수 중합된 다당류로, 식물이 광합성으로 만들어냅니다. 동물은 식품 속에 함유된 전분을 소화관 내의 소화효소로 최종적으로 포도당까지 분해하여 소장에서 흡수하여, 세포 내에 섭취된 포도당은 해당과정과 TCA회로, 전자전달계에 의해 에너지(ATP)를 만들어 생명활동에 사용하게 됩니다. 한편 과당(fructose)는 과일당(fruit sugar)이라고도 불리는 것처럼 과일에 많이 함유되어 있습니다. 모든 당 중에서 가장 물에 잘 녹으며, 단맛은 설탕의 1.5배 이상, 포도당의 2배 이상이고, 게다가 비용이 낮기 때문에, 가공 식품과 음료의 감미료로 많이 사용되고 있습니다.
설탕이나 이성화액당이 전분보다 건강에 나쁜 이유 중 하나는, 설탕이나 이성화액당은 포도당의 흡수가 빠르기 때문에, 인슐린 분비자극이 강하기 때문입니다.
설탕과 이성화액당의 절반은 과당이기 때문에, 포도당 단독의 전분보다 건강에 좋다고 생각될지도 모릅니다. 실제로 거꾸로 설탕과 이성화액당은 과당을 절반 함유하기 때문에, 건강에 나쁘다는 것으로 되어 있습니다.
과당(프럭토스)는 인체에 필요가 없고, 오히려 독 작용이 있는 영양소입니다. 아주 달콤한 것과 인위적으로 저렴하게 만들 수 있다는 이유로, 소비가 늘고 있지만, 이것은 암이나 순환기 질환을 늘리는 요인이 되고 있습니다.
과일에 왜 과당(프럭토스)이 많이 함유되는지는, 동물에 대한 식물의 생존전략의 하나일지도 모른다는 고찰도 할 수 있습니다. 즉, 동물에게는 과당은 식물 독의 일종일지도 모릅니다. 과다 섭취는 해롭다는 인식이 필요합니다(후술).
【포도당을 이성화하면 달콤한 과당으로 변한다】
곡물의 탄수화물은 주로 전분(녹말)입니다. 전분은 포도당(글루코스)이 다수 결합된 구조를 하고 있으며, 전분을 산 또는 효소로 분해하면 포도당을 얻을 수 있습니다.
포도당은 인슐린의 분비를 촉진하고, 그다지 달지 않습니다. 한편, 포도당의 이성체인 과당은 매우 달콤하면서도 인슐린 분비를 자극하지 않습니다. 인슐린의 혈당지수는 19로 포도당의 5분의 1입니다.
이성질체라는 것은 분자식은 같으나, 원자의 결합상태나 입체배치가 다르기 때문에 다른 성질을 나타내는 화합물입니다. 포도당과 과당의 분자식은 C6H12O6이지만, 구조가 약간 다릅니다(그림 참조).
그림: 자당(蔗糖, 설탕)은 포도당(글루코스)과 과당(프럭토스)가 결합된 이당류로, 전분은 포도당이 다수 결합하고 있다. 이러한 탄수화물은 소화기관의 소화효소로 각각의 단당류로 분해되어 체내에 흡수된다.
식사에서 섭취하는 탄수화물의 대표는 곡물이나 감자류 등에 함유된 전분(녹말)이며, 전분은 포도당이 다수 중합된 다당류로, 식물이 광합성으로 만들어냅니다. 동물은 식품 속에 함유된 전분을 소화관 내의 소화효소로 최종적으로 포도당까지 분해하여 소장에서 흡수하여, 세포 내에 섭취된 포도당은 해당과정과 TCA회로, 전자전달계에 의해 에너지(ATP)를 만들어 생명활동에 사용하게 됩니다. 한편 과당(fructose)는 과일당(fruit sugar)이라고도 불리는 것처럼 과일에 많이 함유되어 있습니다. 모든 당 중에서 가장 물에 잘 녹으며, 단맛은 설탕의 1.5배 이상, 포도당의 2배 이상이고, 게다가 비용이 낮기 때문에, 가공 식품과 음료의 감미료로 많이 사용되고 있습니다.
설탕이나 이성화액당이 전분보다 건강에 나쁜 이유 중 하나는, 설탕이나 이성화액당은 포도당의 흡수가 빠르기 때문에, 인슐린 분비자극이 강하기 때문입니다.
설탕과 이성화액당의 절반은 과당이기 때문에, 포도당 단독의 전분보다 건강에 좋다고 생각될지도 모릅니다. 실제로 거꾸로 설탕과 이성화액당은 과당을 절반 함유하기 때문에, 건강에 나쁘다는 것으로 되어 있습니다. 과당(프럭토스)는 인체에 필요가 없고, 오히려 독 작용이 있는 영양소입니다. 아주 달콤한 것과 인위적으로 저렴하게 만들 수 있다는 이유로, 소비가 늘고 있지만, 이것은 암이나 순환기 질환을 늘리는 요인이 되고 있습니다.
과일에 왜 과당(프럭토스)이 많이 함유되는지는, 동물에 대한 식물의 생존전략의 하나일지도 모른다는 고찰도 할 수 있습니다. 즉, 동물에게는 과당은 식물 독의 일종일지도 모릅니다. 과다 섭취는 해롭다는 인식이 필요합니다(후술).
【포도당을 이성화하면 달콤한 과당으로 변한다】
곡물의 탄수화물은 주로 전분(녹말)입니다. 전분은 포도당(글루코스)이 다수 결합된 구조를 하고 있으며, 전분을 산 또는 효소로 분해하면 포도당을 얻을 수 있습니다. 포도당은 인슐린의 분비를 촉진하고, 그다지 달지 않습니다. 한편, 포도당의 이성체인 과당은 매우 달콤하면서도 인슐린 분비를 자극하지 않습니다. 인슐린의 혈당지수는 19로 포도당의 5분의 1입니다.
이성질체라는 것은 분자식은 같으나, 원자의 결합상태나 입체배치가 다르기 때문에 다른 성질을 나타내는 화합물입니다. 포도당과 과당의 분자식은 C6H12O6이지만, 구조가 약간 다릅니다(그림 참조).
그림: 포도당과 과당은 이성질체의 관계에 있고, 모두 분자식은 C6H12O6이지만, 입체구조가 다르다. 포도당은 인슐린 분비를 자극하고, 달지 않다. 과당은 인슐린 분비를 자극하지 않고 매우 달다.
설탕의 주성분인 자당(蔗糖)은 포도당과 과당이 결합한 이당류입니다. 설탕이 달콤한 것은 과당이 함유되어 있기 때문입니다. 과당은 천연에 존재하는 당 중에서 가장 달고, 포도당의 2.3배, 자당의 1.7배의 단맛이 있고, 특히 차가운 조건에서 단맛이 증가하기 때문에, 청량음료와 아이스크림의 단맛을 높이기 위해 첨가 되고 있습니다.
포도당을 이성질화 효소(isomerase)라는 효소와 알칼리로 처리하면 과당으로 변환(이성질화)할 수 있습니다. 전분을 분해하여 얻은 포도당의 일부를 과당으로 이성질화 한 것이 이성질화액당(isomerized sugar syrup)이라고 말하는 것입니다.
포도당의 일부를 과당으로 변경하여 단맛을 더하는 것이 목적입니다. 설탕과 마찬가지로 포도당과 과당의 2개의 단당류로 구성되며, 설탕보다 저렴하게 제조할 수 있으므로, 설탕 대신에 청량음료 등 많은 식품에 사용되고 있습니다. 일본에서는 과당(프럭토스)의 함유율이 50% 미만인 것을 포도당과당액당, 과당 함량이 50% 이상 90% 미만의 것을 과당포도다액당, 과당 함량이 90% 이상을 고과당액당이라고 부르고 있습니다.
미국에서는 옥수수 전분(corn starch)을 원료로 만든 고과당 콘시럽(high-fructose corn syrup)이 많은 음료나 식품에 첨가되어 있습니다. 고과당 콘시럽의 대부분은 과당이 55%, 포도당이 45%의 조성으로 되어 있습니다. 과당은 포도당에 비해 인슐린 분비를 자극하는 작용이 약하기 때문에, 비만과 당뇨병을 막는 작용이 있는 것으로 생각되지만, 실제로는 정반대로, 비만과 당뇨병, 고지혈증이나 동맥경화와 암을 증가시키는 작용이 포도당보다 강한 것으로 밝혀졌습니다.
【당류의 과다 섭취는 독이 된다】
건강에 나쁜 식품의 리스트를 만들 때, 영양학 전문가의 대부분이 톱 가져다 놓는 것은 "정제된 설탕(refined sugar)", 즉 백설탕입니다.
정제된 설탕 등 당류의 과다 섭취가 비만과 2형 당뇨병, 대사증후군과 암이나 치매 등 많은 질환을 증가시키고 있는 것은 많은 연구자들이 지적하고 있습니다.
당류(포도당이나 과당 등의 단당류와 자당 등의 이당류)의 섭취량에 대해 세계보건기구(WHO)는 지금까지 총섭취 칼로리의 10%, 즉 1일 50g 정도를 허용하고 있었습니다만 2014년 3월에 발표한 새로운 지침(안)에서는 섭취 칼로리의 5% 이하(1일 당류 섭취량을 약 25g 이하)로 할 것을 목표로 하고 있습니다. 즉, 당류는 1일 50g에서는 건강에 나쁜(독이 된다)라는 것이 WHO의 의견입니다.
최근에는 백설탕보다 이성질화액당(고과당 콘시럽, 액상과당 등이라고도 함)의 유해성이 문제시되고 있습니다. 설탕과 이성질화액당은 모두 포도당과 과당의 2종류 단당류로 구성됩니다. 설탕이 2개의 단당류가 결합되어있는 이당류이지만, 이성질화액당은 각각이 단독으로 존재하기 때문에, 소장에서의 흡수는 설탕보다 빠르기 때문에, 건강에 더 나쁘다고 말할 수 있습니다.
정제된 당분이나 설탕과 이들로 만든 과자와 정크푸드는 엠프티 칼로리(empty calories)이라고 비난받고 있습니다. 엠프티 칼로리라는 것은 칼로리 밖에 없고, 몸을 만드는 영양소(단백질과 비타민, 미네랄)가 함유되어 있지 않은 것을 의미합니다.
일반적인 미국인은 칼로리의 약 20%를 첨가한 설탕(added sugar)에서 얻고 있는 것으로 보고되었습니다. added sugar는 재료에 원래 들어있는 당류가 아니고, 식품에 인위적으로 첨가한 설탕류입니다.
설탕은 에너지 밀도가 높기(식이섬유가 들어 있지 않다) 때문에, 소량으로 큰 칼로리를 섭취할 수 있습니다. 하지만 포만감을 얻는 것이 어렵기 때문에, 많이 먹는 결과, 섭취 칼로리가 과잉으로 되기 쉬운 식품입니다.
당류 섭취의 증가가 비만과 충치를 증가시키고 있는 것은 많은 역학연구에서 증명되었습니다. 또한 설탕의 섭취는 각종 질병이나 증상의 원인이 되고 있습니다.
비만, 2형 당뇨병, 비알코올성 지방간, 고혈압, 고지혈증, 심장질환, 신장결석, 만성설사, 과민성 대장증후군, 담낭질환, 충치, 피로권태감, 불안, 우울증, 두통, 월경전 증후군 등 다양한 질환이나 증상에 당류 섭취 과잉이 관련하고 있습니다.
정제 설탕은 빠르게 흡수되지만, 인간은 그러한 빠르게 혈당을 올리는 음식에 몸이 대응할 수 없습니다. 빠르게 췌장에서 인슐린 분비를 자극하지만, 반응성에 일시적인 저혈당으로 됩니다. 그래서 급히 혈당을 올리기 때문에 에피네프린(epinephrine)과 코르티솔(cortisol: 스테로이드 호르몬)의 분비가 자극됩니다.
이처럼 빠르게 혈당이 상승하는 식품은, 몸이 어떻게든 혈당을 정상범위로 제어하기 위해서는 인슐린과 에피네프린과 코르티솔, 기타 이에 관련된 많은 호르몬이나 전달물질이 얽혀있으므로, 여러 증상과 질병의 원인이 되는 것입니다.
【과당의 과다 섭취는 몸에 유해】
과당이 생리적으로 존재하는 것은 정액 속뿐입니다. 정자의 에너지 원이 되기 때문입니다. 그러나 과당은 체내에서 포도당에서 생성되므로, 식사로 섭취할 필요가 없습니다. 즉 식사에서 섭취할 필요가 없는 영양소라고 말할 수 있습니다.
과당을 섭취하면 체내에서 에너지 원으로 되기 때문에 적당량이라면 문제가 되지 않습니다. 그러나 과당은 섭취량이 많아지면, 인간의 대사에 나쁜 작용을 많이 가지고 있습니다. 과당은 단맛이 강하기 때문에 뇌 보상체계를 자극하고 단맛 중독을 일으키고, 음식의 섭취량을 늘립니다.
당화작용(diastatic action)이 강하고, 동맥경화와 피부의 노화를 촉진합니다. 활성산소의 생산을 증가시키고, 간에서 중성지방의 합성을 촉진하여 고지혈증을 유발합니다. 요산 수치를 높이는 작용도 있습니다. 또한 인슐린 저항성을 높여, 비만과 2형 당뇨병, 대사증후군을 일으킵니다. 또한 암 발생과 진전을 촉진합니다. (Top 그림 참조)
먹이에 과당을 많이 추가하는 방법은, 대사증후군의 동물실험 모델을 만드는 방법으로서 확립되어 있습니다. 섭취 칼로리가 소비 칼로리를 상회하고 있는 것이 비만의 제1 원인인 것은 분명하지만, 과당은 식사 섭취량을 증가시키고, 아무리 섭취해도 만복이 되지 않고, 남은 칼로리를 지방으로 변환시키기 때문에 비만을 촉진하는 작용이 있습니다.
과당의 유해한 작용은 알코올에 필적하는 것으로 알려져 있습니다.
알코올은 적당량이면 수명을 연장하는 것이 되지만(혈액순환을 좋게 하여 심근경색이나 뇌경색의 발병위험을 낮춘다), 과당에는 그러한 건강에 도움이 되는 작용은 보고되지 않았습니다. 칼로리가 과도한 상황에서 과자와 과일, 청량음료에서 다량의 과당을 섭취하는 것은 알코올보다 건강에 나쁠 수 있습니다.
곡물(쌀, 밀, 옥수수, 감자류 등)에 함유된 탄수화물은 포도당이 다수 결합된 전분이 주체입니다.
과일과 청량 음료, 케이크와 아이스크림 등은 포도당과 과당과 같은 단당류와, 포도당과 과당으로 구성된 자당(슈크로스)과 이성질화액당(고과당 콘시럽)이 많이 함유되어 있습니다. 포도당에 비해 과당은 혈당상승 작용과 인슐린 분비자극 작용이 약한 점은 장점입니다.
그러나 단맛에 의한 뇌 보상체계의 자극작용, 간에서 인슐린 저항성의 유도작용, 간에서 중성지방합성 항진, 지방간의 발병, 고지혈증·동맥경화·허혈성 심질환의 발병 촉진, 비만·2형 당뇨병·대사증후군의 발병 촉진, 암 발생과 진전의 촉진, 단백질의 당화와 노화촉진 등의 작용에서는 과당이 포도당보다 강한 것으로 밝혀졌습니다. 즉, 포도당보다 과당이 더 유해하다고 말할 수 있습니다.
【과당은 간에서 전부 섭취된다】
식사에 함유된 포도당은 소화관에서 흡수되어 문맥에 들어가 우선 간에 들어가지만, 간세포에 섭취되는 것은 20% 정도이며, 대부분은 전신 세포에 운반되어 에너지 생산에 사용됩니다. 포도당은 모든 세포의 에너지 생산에 필요하므로, 에너지 생산량에 따라 분배되도록 제어되고 있습니다. 그리고 남은 포도당은 간이나 골격근, 지방조직에서 글리코겐이나 지방으로 저장됩니다.
한편, 과당은 거의 100%가 간세포에 섭취됩니다. 과당을 섭취하는 포도당 운반체 5(GLUT5)는 정상세포에서 간세포만 발현하기 때문입니다. (암세포에서는 GLUT5가 발현하고 있다는 보고가 있습니다)
포도당과 과당은 육탄당(hexose)이라고 합니다. 이러한 육탄당의 6위의 수산기(OH기)를 인산화하는 것이 헥소키나아제(hexokinase)입니다. 포도당 운반체에서 가져온 포도당이 헥소키나아제로 인산화되면 포도당 운반체를 통과할 수 없게 됩니다. 즉, 세포 내에 섭취된 포도당을 세포 내에 있게 하기 위하여 인산화하는 것이 헥소키나아제입니다.
6위가 인산화되어 글루코스-6 인산으로 변환된 후, 해당과정에서 대사되고, 또한 TCA회로와 전자전달계에서 ATP가 생산됩니다.
【과당 대사는 피드백 저해가 듣지 않는다】
해당과정에서는 포도당-6 인산에서 이성질화 효소로 과당-6 인산으로 변환되고, 또한 포스포프룩토키나아제(phosphofructokinase) 1 위가 인산화되어 과당-1,6 비스린산이 되고, 또한 디히드록시아세톤인산(dihydroxyacetone phosphate)과 글리세르알데히드(glyceraldehyde)로 분해되어 해당과정을 진행합니다.
이 해당과정에서는 헥소키나아제와 포스포프룩토키나아제에서 피드백 제어를 받고 있습니다.
즉, 포도당이 세포 내에 많이 섭취되어 ATP가 충분히 생산되면, 해당과정의 진행을 멈추게 하는 제어장치가 존재합니다. 헥소키나아제는 그 반응 산물인 포도당-6 인산에서 저해되고, 포스포프룩토키나아제는 TCA회로에서 생성된 구연산과 전자전달계에서 생산되는 ATP에 의해 피드백 저해를 받습니다. 해당과정이 스톱하면 포도당-6 인산에서 글리코겐 합성이 진행되어 남은 포도당은 글리코겐으로 저장됩니다.
간에 존재하는 헥소키나아제는 포도당에 특이적인 글루코키나아제(glucokinase)로, 과당 6위를 인산화하는 헥소키나아제가 아닙니다. 간세포 내에 들어온 과당은 우선 프룩토키나아제(fructokinase)로 1위의 수산기가 인산화되어 과당-1 인산으로 변환되고, 또한 알돌라아제(aldolase)로 과당-1,6 비스린산에서 디히드록시아세톤인산와 글리세르알데히드로 분해되어 해당과정에 들어갑니다.
헥소키나아제나 해당과정에 의한 포도당의 대사는 세포 내 에너지 상태와 인슐린 레벨에 의해 엄격하게 조절되고 있지만, 간세포에 들어간 과당은 해당과정의 피드백 제어가 행해지는 헥소키나아제와 포스포프룩토키나아제의 반응체계를 바이패스하고 해당과정에 들어가기 때문에, 과당의 해당과정에서의 대사는 브레이크가 없고, 들어온 과당은 모두 해당과정에서 대사되게 되는 것입니다(그림 참조).
그림: 간에서 과당은 프룩토키나아제로 과당-1 인산으로 변환되고, 이어서 과당-1,6-비스린산, 글리세르알데히드-3 인산으로 대사되어 해당과정에 들어간다. 해당과정은 헥소키나아제와 포스포프룩토키나아제 단계에서 피드백 저해를 받고 있기 때문에, 포도당의 섭취가 많아지면 해당과정은 반응이 스톱하도록 제어되고있다. 그러나 과당은 이 2개의 제어를 바이패스하여 해당과정에 들어가기 때문에, 과당이 간세포에 많이 섭취되면, 모두가 해당과정과 TCA회로에서 대사된다. 과당은 지방합성에 관여하는 효소활성을 높이기 때문에, 아세틸-CoA로부터 지방산합성 경로가 촉진되어, 중성지방의 합성이 항진하여, 비만이나 고지혈증, 동맥경화와 지방간의 발병을 촉진한다.
【과당은 간에서 중성지방의 합성을 촉진한다】
공복 시에 포도당이 부족하고 있으면, 과당은 과당-1,6 비스린산에서 해당과정을 반대로 진행하는 포도당신생합성에 의해 포도당으로 변환되어 혈당의 유지에 사용됩니다. 에너지 생산이 부족하면, 과당은 해당과정과 TCA회로, 전자전달계에서 ATP생산에 사용됩니다.
세포 내 ATP가 충분하다면, TCA회로에서 생산된 구연산은 미토콘드리아를 나와 세포질 내에서 아세틸-CoA로 변환되고, 또한 지방산 합성으로 진행됩니다. 과당은 지방산 합성하는 효소체계의 발현과 활성을 높이는 작용이 있습니다.
포도당과 과당을 동시에 섭취한 경우(설탕이나 이성질화 액당과 과일)에는, 포도당이 해당과정과 TCA회로를 점거하기 때문에, 과당은 오로지 지방합성에 돌리게 되는 것입니다. 과당 단독보다 과당과 포도당을 함께 섭취하면 지방합성은 3배가 된다고 보고되었습니다. 과당을 많이 섭취하면 식후 혈중 중성지방과 LDL 콜레스테롤 농도가 상승하는 것으로 알려져 있습니다.
LDL 콜레스테롤은 간에서 만들어진 콜레스테롤을 각 장기로 운반하는 역할을 하는 저비중 리포단백입니다. 세포 내에 함유되지 않은 잉여 콜레스테롤을 혈관 내에 방치하고, 동맥경화를 일으킬 수 있습니다.
【과당은 간 인슐린 저항성을 높인다】
쥐에 대사증후군을 발병시키는 실험에서는, 먹이에 과당을 첨가하는 방법이 사용되고 있습니다. 즉, 과당 섭취량을 늘리면, 대사증후군을 일으키는 것은 동물실험 모델로 확립되어있는 것입니다.대사증후군은 인슐린 저항성이 항진하여 발병합니다. 과당은 인슐린 저항성을 높이는 것이 밝혀졌습니다.
과당의 과잉 섭취가 간에서 염증을 일으켜, 비알코올성 지방간의 원인이 되고, 또한 인슐린 저항성을 높여 비만과 당뇨병, 대사증후군을 일으키는 것으로 보고되었습니다. 극단적인 섭취가 아니더라도 중간 정도의 섭취로 인슐린 저항성을 높이는 것이 임상시험에서 확인되었습니다. 다음과 같은 보고가 있습니다.
Moderate amounts of fructose consumption impair insulin sensitivity in healthy young men: a randomized controlled trial(중간 정도 양의 과당 섭취가 건강한 젊은 남성에서 인슐린 감수성을 저해한다: 무작위 대조시험) Diabetes Care 36(1): 150-156 2013
【요지】
배경: 고 칼로리로 고과당 식사가 인간에서 인슐린 감수성과 지질대사에 나쁜 영향을 미치는 것은 많은 연구에서 반복 지적되어왔다. 그러나 일반적 양의 과당 섭취의 영향에 대해서는 충분히 검토되지 않았다. 이 연구에서는 중간정도 양의 과당과 자당(蔗糖: 설탕)의 섭취가 포도당대사 및 지질대사에 미치는 영향을 검토하고 포도당 단독 섭취의 경우와 비교했다.
방법: 건강한 정상체중의 남성 자원 봉사자(21~25세) 9명이 이 이중맹검 무작위 교차시험에 참가했다. 피험자는 4개의 다른 당류를 첨가한 음료(1일 600ml)을 각각 3주간씩 섭취했다. 그 4가지라는 것은 1일 40g의 과당(1일 40g), 1일 80g의 과당, 1일 80g의 포도당, 1일 80g의 자당(蔗糖)이었다. 내생 포도당 생산, 공복 시 혈청지질, 혈당, 인슐린 농도를 측정했다.
결과: 인슐린에 의한 간에서 포도당 생산량의 감소는, 고혈당(포도당 80g/일)에 비해 고과당(과당 80g/일)에서 유의하게 낮았다. 억제율은 고과당 섭취그룹에서 59.4±11.0%, 고포도당그룹에서 70.3±10.5%로, 통계적으로 유의한 차이였다. (주: 인슐린은 간에서 포도당 생산을 억제하는 작용이 있기 때문에, 이 결과는 과당 섭취가 포도당 섭취에 비해 인슐린 저항성을 높이는 것을 의미한다)
그러나 공복시 혈당, 인슐린 농도, C-펩타이드에 차이는 나타나지 않았다. (참고: C-펩타이드는 인슐린이 합성되는 전단계의 프로인슐린이 분해될 때 발생하는 물질로, 대부분이 분해되지 않고 혈액을 순환하고, 소변과 함께 배출되므로, 혈중이나 소변의 C-펩타이드를 측정하면, 인슐린이 어느 정도 췌장에서 분비되어 있는지를 평가할 수 있다.)
고포도당 섭취(포도당 80g/일)에 비해, 중간 용량 과당(과당 40g/일)과 고용량 과당(과당 80g/일), 고용량 자당(슈크로스 80g/일)을 섭취한 그룹에서는 LDL 콜레스테롤 과 총 콜레스테롤의 값이 크게 상승했다. 프리의 지방산은 중간 용량 과당 섭취로 유의하게 상승하였으나, 고용량 과당그룹과 고용량 자당그룹에서는 상승은 인정되지 않았다.
시험 중의 에너지 섭취량은 시험시작 전과 변화가 없었다.
결론: 1일 40g이라는 중간 정도 과당이나 자당 섭취는 같은 정도 양의 포도당에 비해, 간 인슐린 감수성을 저하시켜, 지질 합성을 높이는 것이 이 연구에서 나타났다.
극단적으로 많은 양의 과당이 아니라도 1일 40g의 과당을 매일 섭취하면 간에서 인슐린 저항성을 높이고, 중성지방과 콜레스테롤의 합성을 높이는 작용이 있다는 것입니다.
식품에 함유되어 있는 당류(포도당, 과당, 자당 등)의 절반 이상이 과당이므로, 전체 당류 섭취량이 80g 정도 섭취로, 탄수화물과 지질대사 시스템에 큰 악영향이 일어날 가능성을 시사하고 있습니다.
현재는 많은 식품에 설탕이나 이성질화액당(액상과당 등)이 더해지고 있으며, 미국에서는 전체 과당 섭취량의 평균은 한사람이 1일 80g을 초과하고 있습니다. 일본에서도 설탕이 많은 과자와 케이크, 청량음료를 많이 섭취하는 사람은 1일 40g 이상의 과당을 섭취하고 있습니다.
【과당은 노화를 촉진한다】
단백질을 당화하는 작용은 과당은 포도당의 7배로 알려져 있습니다. 단백질의 당화는 노화를 촉진합니다. (단백질의 당화에 대해서는 372화 참조)
장기적으로 대량의 과당을 섭취하고 있으면, 당화와 노화를 촉진하는 것으로 보고되었습니다. 다음과 같은 보고가 있습니다.
Long-term fructose consumption accelerates glycation and several age-related variables in male rats(수컷 쥐의 장기에 걸친 과당 섭취는 당화와 노화 관련 변수를 촉진한다) J Nutr 128(9): 1442-9 1998
【논문 요약】
1970년대부터 과당 섭취량이 증가하고 있고, 과당은 다른 환원당과 마찬가지로 단백질을 메일라드반응(maillard reaction)을 통해 당화하고, 당뇨병의 다양한 합병증의 발병과 관련하며, 노화를 촉진하는 작용이 지적되었습니다.
그래서 이 논문에서는 쥐를 사용하여 실험하고 있습니다.
식수로, 250g/L의 농도로 과당, 포도당, 자당(蔗糖)의 당류 액을 만들어 자유롭게 먹여, 단백질의 당화의 정도와 지질 과산화 정도, 피부의 콜라겐의 크로스링크의 정도, 최종 당화산물(Advanced glycation end products)을 비교하였습니다.
이 3그룹 사이에 혈당(혈중 포도당의 농도)에 차이는 인정하지 않았지만, 포도당 투여과 자당 투여군에 비해, 과당 투여군에서는 혈중 과당, 콜레스테롤, 프룩토사민(fructosamine), 당화 헤모글로빈의 농도가 유의하게 상승하고, 소변의 과산화 지질 지표도 상승했습니다.
피부의 콜라겐 당화와 크로스링크 정도가 과당 투여군에서 가장 높았다는 것입니다. 즉, 이 실험 결과는 과당 섭취량이 많으면 노화를 촉진할 가능성을 시사하고 있습니다.
【과당은 췌장암 발생 위험을 높인다】
과당 섭취량와 췌장암 발생률 사이에 관련이 있을 가능성이 역학연구의 메타 분석에서 시사되었습니다. 다음과 같은 논문이 있습니다.
Dietary fructose, carbohydrates, glycemic indices and pancreatic cancer risk: a systematic review and meta-analysis of cohort studies(식사 속의 과당, 탄수화물, 혈당지수와 췌장암의 위험: 코호트연구의 체계적 문헌연구와 메타분석) Ann oncol 2012 Oct; 23(10): 2536-46.
식사에서 탄수화물의 섭취량과 당부하지수, 혈당지수가 췌장암 발병위험에 영향을 준다고 생각됩니다만, 그 관계를 검토한 역학연구의 결과는 반드시 일치하지 않습니다. 따라서 이 논문은 2011년 9월까지 발표된 논문 중에서 췌장암의 위험과 탄수화물의 섭취량, 혈당지수와 당부하지수의 관계를 검토한 10건의 전향 적 코호트 연구(13논문에 보고)의 메타분석을 실시하였습니다.
탄수화물의 섭취량과 혈당지수, 당부하지수와 췌장암 발병위험 사이에 관련성은 나타나지 않았습니다. 그러나 과당 섭취량이 증가하면 췌장암의 위험이 높아지는 것이 인정되었습니다. 즉, 1일 25g의 과당 섭취에 대해 췌장암 위험이 1.22배(95% 신뢰구간: 1.08-1.37)이 된다는 결과를 얻을 수 있었습니다. 1일 50g 섭취에서 약 1.5배 정도에 발암위험이 증가하는 계산입니다.
현재 미국에서는 과당 섭취량은 1인당 1일에 100g 정도를 섭취하고 있는 것 같습니다.
또한 과당이 많으면 암세포 내에서 트랜스케톨라아제라는 효소가 유도되어, 해당과정에서 분리되어 핵산(DNA와 RNA) 합성에 필요한 오탄당 인산회로를 촉진한다는 보고가 있습니다. DNA와 RNA의 합성을 촉진하는 것은 암세포의 증식에 유리합니다.
Fructose induces transketolase flux to promote pancreatic cancer growth(과당은 트랜스케톨라아제의 활성을 높여 췌장암의 증식을 촉진한다) Cancer Res. 70(15): 6368-76, 2010
오탄당 인산회로는 포도당-6-인산을 출발점으로 하여, 리보오스-5-인산 등 오탄당과 NADPH를 생성하는 회로입니다. 생긴 오탄당은 포스포리보실피로인산(PRPP: phosphoribosyl pyrophosphate)으로 되어 뉴클레오티드(당 + 염기 + 인산으로 되는 DNA와 RNA의 구성단위)의 원료로 사용됩니다.
즉, 과당의 탄소골격은 오탄당 인산회로에서 대사되어 핵산 합성에 사용되는 것입니다. NADPH는 환원제로 작용하고, 지방산과 스테로이드의 합성, 활성산소의 제거 등 다양한 반응에 이용됩니다.
과당은 이 오탄당 인산회로를 항진하는 작용이 있어 암세포의 증식을 촉진하게 되는 것입니다. 과당은 포도당 운반체인 GLUT5에 의해 섭취되지만, 많은 암세포에서 GLUT5은 과도하게 발현되는 것으로 보고되었습니다.
포도당(글루코스)은 혈당을 높여 인슐린 분비를 항진하여, 암세포의 증식을 촉진합니다. 암세포는 포도당 섭취가 증가하고 있습니다. 섭취한 포도당은 ATP생산뿐만 아니라, 핵산, 지방산, 아미노산의 합성에도 사용됩니다. 따라서 포도당의 섭취 과다는 암세포 증식을 촉진합니다.
한편 과일에 들어있는 과당(프럭토스)은 인슐린 분비를 자극하지 않지만, 세포 내에서 여러 경로로 해당과정에 들어가 포도당과 마찬가지로 에너지 생산 및 물질합성에 사용됩니다. 또한 과당은 포도당보다 핵산(DNA와 RNA)과 지방산 합성을 촉진하는 효과가 강한 것으로 알려져 있습니다.
또한 세포 내 당단백질에 과당이 섭취되면 당단백질의 성질이 변화하고, 암세포의 침윤과 전이기능이 항진한다는 보고도 있습니다. 동물실험 등으로 과당 섭취량을 늘리면 암세포의 증식을 촉진하는 결과를 얻을 수 있습니다. 과당과 포도당의 섭취량이 많으면, 상승적으로 암세포의 증식을 촉진합니다.
따라서 과일에 들어있는 당분은 전분이 주체인 밥이나 빵보다 암을 촉진하는 작용이 강하다고 말할 수 있습니다.
그림: 과일에 많이 들어있는 과당(프럭토스)은 세포 내에서 여러 경로로 해당과정에 들어가, 포도당과 마찬가지로 에너지 생산 및 물질합성에 사용된다. 과당은 포도당보다 핵산(DNA와 RNA)과 지방산의 합성을 촉진하는 효과가 강하다. 또한 세포 내 당단백질에 과당이 섭취되면 당단백질의 성질이 변화하고 암세포의 침윤과 전이기능이 항진한다는 보고도 있다. 즉, 과당과 포도당의 섭취량이 많으면 상승적으로 암세포의 증식을 촉진한다. 과일에 들어있는 당분은 전분이 주체인 밥이나 빵보다 암을 촉진하는 작용이 강할지도 모른다.
쥐를 사용한 실험에서 과당을 투여하면 염증성 사이토카인(IFN-γ, IL-1β, IL-6, TNF-α, IL-1 β and IL-2)의 혈중 레벨이 높게 되는 것으로 보고되었습니다.
쥐에 과당을 투여하면 VEGF(vascular endothelial growth factor: 혈관 내피세포 성장인자)의 혈중농도가 증가하는 것도 보고되었습니다. VEGF는 신생혈관 형성을 촉진합니다.
기타 음료수에 과당을 첨가하는 등의 방법으로 과당 섭취량을 늘리면화학 발암제에 의한 발암이 촉진된다는 동물 발암실험과 암 조직의 발육이 촉진된다는 이식종양을 이용한 동물실험 결과도 보고되었습니다.
달콤한 과일에는 과당과 포도당이 함께 함유되어 있습니다. 과당은 인슐린의 분비를 조금 밖에 자극하지 않지만, 포도당과 함께 섭취하여 포도당에 의해 인슐린 분비가 항진되면 과당의 암 촉진효과는 더욱 강화됩니다.
즉, 과당과 포도당의 섭취가 많으면, 상승적으로 암세포의 증식을 촉진하는 것으로 되고, 과일에 들어있는 당분(포도당과 과당을 함유)은 밥이나 빵(포도당만)보다도 암을 촉진하는 작용이 강할 가능성이 있다고 말할 수 있습니다.
【아보카도 이외의 과일은 당류가 많다】
아보카도 이외의 과일은 많은 당이 함유되어 있습니다. 그 당도 바로 흡수되는 포도당(글루코스)과 과당(프럭토스), 자당(蔗糖) 등의 당류입니다.
꿀은 약 80%의 당분과 약 20%의 수분으로 구성되어있고, 비타민과 미네랄 등의 영양소를 약간 들어 있습니다. 꿀의 당분 중 포도당이 35%, 과당이 40% 정도입니다. 대부분의 과일은 100g 당 10~20g 정도의 탄수화물을 함유하고 있습니다(아래 표).