미네랄 대사과정(1) 칼슘, 마그네슘, 구리

[12 서욱철]

<칼슘 Calcium>

▣ 칼슘의 흡수

-식이 칼슘의 약 25~50%가 흡수되어 교환 가능한 calcium pool로 전달된다.

-음식에 들어있는 칼슘의 대부분은 다른 식이 성분과의 복합체 형태이며, 이는 칼슘이 흡수되기 전에 분해되어야 하고, 칼슘은 용해되고 이온화된 형태로 방출되어야 한다.

-칼슘이 추가로 필요한 기간에는 내장의 흡수 용량이 증가하고 신장 배설이 조절된다.

-능동적 수송 메카니즘은 포화 가능한 세포 간 과정으로 칼슘 결합 단백질인 calbindin을 포함한다. Calbindin은 활성 형태의 비타민 D(1,25-dihydroxy-vitamin D3)에 의해 조절된다.

-칼슘 흡수의 효율은 십이지장-공장에서 회장보다 훨씬 높지만 두 과정 모두 소장을 통과하면서 일어난다.

▣참고)비타민 D

  역할 : 소화관에서 음식물을 통해 들어온 칼슘의 흡수를 촉진

-Provitamin D3 : 아세틸 CoA로부터 합성되어 피하에 저장됨

->Vitamin D3 : Provitamin D3가 자외선에 의해 구조가 변형됨

->25(OH)D3 : Vitamin D3가 간에서 CYP2R1(25-hydroxylase) 효소에 의해 히드록시기(-OH)가 첨가됨

->1,25(OH)2D3(=칼시페롤) : 25(OH)D3가 신장에서 CYP27B1 효소에 의해 1번 탄소에 히드록시기가 첨가됨

-비타민 D 수용체(VDR)에 결합하면 VDR이 전사인자로 작용하여 여러 단백질의 발현을 조절한다. VDR은 세포질, 뼈의 조골세포, 신장 세뇨관, 부갑상선의 주세포 등에 존재한다.

-1,25(OH)2D3는 소장에서 칼슘 통로의 발현을 증가시키며, 소장 상피세포의 칼슘 투과성이 증가하면 농도 차이에 따라 칼슘이 흡수된다.

-Calbindin은 세포 내 칼슘과 결합하여 세포 내 칼슘 농도를 낮춘다.

-칼슘-나트륨 펌프의 발현량을 증가시켜 세포에서 혈액 쪽으로 칼슘을 이동시킨다.

※세포질 내 칼슘 농도는 보통 100nM/L로 유지. 세포 외 농도의 10000분의 1에 불과. 칼슘 농도가 큰 경사를 이루어 세포 내로 빠른 칼슘 유입이 일어남.

위 과정을 통해 흡수된 칼슘은 혈장 내에서 3가지 형태로 순환 : 혈장 단백질 결합(45%); citrate, phosphate 또는 bicarbonate와 복합체(약 10%); 유리 칼슘 이온(약 45%)

※유리 칼슘 이온이 생리적으로 가장 중요한 형태

▣칼슘의 조절

-혈중 칼슘 이온의 농도는 PTH(파라토르몬)에 의해 조절된다.

-신장의 헨레 루프에는 칼슘 수용체가 존재하며 PTH와 별개로 칼슘 재흡수를 조절한다.

▣칼슘의 배설

https://pubs.rsc.org/ko/content/chapterhtml/2015/bk9781849738873-00003?isbn=978-1-84973-887-3

-칼슘 배설은 영양 상태가 좋은 성인의 장내 칼슘 흡수와 비례하는 경향이 있다.

-흡수된 칼슘은 소변으로 배설되고, 땀으로 소량이 배설된다.

-소변 칼슘 배설은 개인마다 100-200mg/일 범위로 다양하다.

-칼슘의 대변 배설은 주로 흡수되지 않은 식이 칼슘으로 구성되며 나머지는 상피 세포와 소화액에서 나온다

<마그네슘 Magnesium>

-식이를 통한 마그네슘의 순 흡수율은 대략 50% 정도이다.

-과일, 채소 및 곡물의 높은 식이섬유량은 마그네슘 흡수를 감소시킨다. 식이 단백질 또한 장의 마그네슘 흡수에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

-마그네슘은 장 전체를 따라 흡수되지만 최대 흡수 부위는 원위 공장 및 회장으로 보인다. 흡수는 불포화 수동 및 능동 수송에 의해 일어난다고 알려져 있다. 따라서 성인과 소아 모두에서 마그네슘의 흡수율은 섭취량에 반비례한다.

-마그네슘은 인체에 풍부하며 뼈에서 가장 많이 발견된다. 또한 근육, 간, 심장 및 신장을 포함한 다양한 다른 조직에서도 발견된다.

-혈장 내 존재하는 마그네슘의 절반은 이온화된 형태이다. 약 20%는 알부민에 결합하고 나머지 80%는 결합하지 않는다.

-대부분의 세포 내 마그네슘은 소포체에 결합되어 있는 것으로 밝혀졌다.

▣마그네슘의 대사

https://www.semanticscholar.org/paper/Magnesium-metabolism-and-its-disorders.-Swaminathan/30c7012c18f9c8b18278ef089f5e6c7cdbf75bac

참고)1mmol = 24mg

▣마그네슘의 흡수

https://aor.us/how-is-magnesium-absorbed/

1.고농도에서 수동 세포간 경로(Passive paracellular pathway at high intestinal concentrations)

장관에서 마그네슘 흡수의 80-90%를 담당하는 경로로 산성(lower pH) 환경에서 효과적으로 작동한다.

따라서 마그네슘 흡수는 공복 및 다른 미네랄, 약제, 섬유, 알칼리화제가 없을 때 최상의 효율을 보인다.

2.저농도에서 능동 경세포 수송(Active transcellular transport at low concentrations)

능동 경세포 흡수는 최근 밝혀진 TRPM6라는 마그네슘 채널을 통해 일어나며, 마그네슘-아미노산 복합체가 손상없이 흡수될 수 있다.

※참고)마그네슘 종류별로 흡수가 다를까? https://blog.naver.com/jiro015/221596379700

마그네슘은 어떤 종류의 염 및 아미노산에 결합했느냐에 따라 아래와 같은 종류로 나눌수 있다.

1. 무기염 마그네슘 : 마그네슘 함량은 높으나 용해도가 낮아 생체이용률이 낮다. 보충제로는 권장하지 않는 마그네슘이다.

→산화마그네슘(Mg Oxide), 수산화마그네슘(Mg Hydroxide), 탄산마그네슘(Mg Carbonate)

2. 유기염 마그네슘 : 유기산과 마그네슘의 결합염으로 생체이용률이 높으나 결합염의 높은 분자량으로 마그네슘의 함량이 낮다.

→구연산 마그네슘(Mg Citrate), 말산 마그네슘(Mg Malate), 오로틴산 마그네슘(Mg Orotate), 트렌온산 마그네슘(Mg Threonate)

3. 킬레이트 마그네슘 : 유기염 마그네슘과 마찬가지로 생체이용률은 높으나 마그네슘 함량은 낮다.

→타우레이트 마그네슘(Mg Taurate), 글리시네이트 마그네슘(Mg Glycinate)

▶무기염 및 유기염 마그네슘은 이온화되어 이온채널을 통해 흡수되고 킬레이트 마그네슘은 디펩티드 채널을 통해 흡수된다. 결론적으로 carrier에 따라 마그네슘의 함량과 흡수율이 달라지고 혈중 마그네슘 농도에 차이, 즉 생체이용률의 차이를 보여준다.

1.무기염 및 유기염 마그네슘의 흡수

→장내 산성도에 의해 조절

위산에 의해 해리되었던 마그네슘 이온은 십이지장, 소장, 대장으로 갈수록 위산이 중화되어 장내에 존재하는 다양한 음이온과 결합하여 불용성염을 형성하여 대변으로 배출된다.

pH가 낮을수록 수화껍질(shell of water)이 제거되고 마그네슘을 흡수하는 이온채널 단백질의 활성도가 증가한다.

무기염보다 유기염 마그네슘의 생체이용률이 높은 이유는 유기산 자체가 산성을 띄기 때문에 장내 산도를 낮추고 이온채널 단백질의 활성도를 증가시키기 때문이다.

2.킬레이트 마그네슘의 흡수

킬레이트 마그네슘 중 글리시네이트 마그네슘(글리신 2분자와 결합)은 결합된 상태로 디펩티드 채널을 통해 흡수된다.

킬레이트 마그네슘은 위산의 영향을 받지 않고 이온화도 되지 않기 때문에 무기염 마그네슘처럼 불용성염을 형성하지도 않고 다른 미네랄 이온들과 흡수경쟁을 하지 않는 것이 특징이다.

▣마그네슘의 배설

-마그네슘은 주로 소변으로 배설된다.

-소변 배설의 정도와 마그네슘의 항상성은 칼시토닌, 티록신, 당질 코르티코이드, 글루카곤, 안지오텐신을 포함한 다양한 호르몬의 영향을 받는다.

-정상적인 조건에서 신장 세뇨관은 여과된 마그네슘의 95%를 재흡수하고 약 5%가 소변으로 배설된다.

마그네슘 결핍 환자도 정상 혈장 마그네슘 수치를 나타내기 때문에 결핍 여부를 알아보기 위해서는 고비율의 마그네슘 부하를 주었을 때 소변 배설이 적은지 관찰하는 것이 더 좋다.
※신부전이 있거나 이뇨제 복용 중일 때에는 유효하지 않은 검사법이다.

<구리 Copper>

-구리는 주로 Cu II 형태로 특정 단백질에 결합되어 십이지장으로 흡수되며 수동 확산과 운반체매개 이동이 모두 발생한다. 소량의 구리가 위에서 흡수된다. 구리 섭취가 높을 때는 구리의 흡수가 감소한다. 구리를 격리시키는 metallothionein의 유도와 같은 세포 메커니즘도 항상성 과정의 일부로 제안되었다.

-구리의 이동은 특정 운반 단백질을 통해 두 단계로 일어나는데 먼저 간으로 이동한 후 다른 인체 조직으로 이동한다. 장세포를 떠날 때 주로 알부민 및 transquperin에 결합되어 간세포로 수송된다. 간세포에서 caeruloplasmin으로 포함되어 혈장으로 분비되거나 담즙으로 분비되거나 superoxide dismutase(SOD)로 포함된다.

▣구리의 흡수와 이동

1.소장에서 흡수 및 간으로 이동   

https://basicmedicalkey.com/zinc-copper-and-manganese/

-Cu2+는 DMT1을 통해 소장 세포로 들어오거나 Cu1+로 환원되어 CTR1을 통해 소장세포 내로 흡수 

-장세포 내에서 일부는 Thionein과 결합하여 Metallothionein 형태로 저장되고 나머지는 ATP7A를 통해 혈액으로 분비되어 알부민과 결합한 상태로 간문맥을 통하여 간으로 이동

2.간세포로 흡수 및 다른 조직으로 이동

https://www.researchgate.net/figure/The-ATP7B-mediated-copper-export-pathway-in-the-hepatocytes-modified-from-13-CTR1_fig2_277936064

CTR1을 통해 간세포 내로 이동

→ATOX1 복합체 상태로 ATP7B에 결합

→골지체에서 COMMD1을 통하여 담즙으로 분비

→간세포 내에서 ceruloplasmin과 결합하여 혈액 내로 분비되어 다른 조직으로 이동

※ATP7B = Wilson's protein

이 단백질에 문제가 있는 경우 구리가 간세포 내에 과다 축적되어 윌슨병을 유발한다.

▣구리의 분포와 배설

https://www.semanticscholar.org/paper/Copper-Metabolism-and-Copper-Transport-Disorders-Kodama-Fujisawa/147b08304a504f693689c607d615e3efe5bac798/figure/0

-체내에 존재하는 구리 100mg은 뇌에 20mg, 근육에 35mg, 신장에 5mg, 결합조직에 10mg, 간에 20mg 존재한다.

-구리의 주요 배설경로는 담즙을 통하여 대변으로 배출되는 것이며, 이는 흡수량과 직접적으로 관련된다.

[문형철]

참 잘했어요 ㅎㅎㅎ