1. 대량원소: 생체분자를 이루는 주된 원소들 O > C > H > N > Ca > P > K > S > Na > Cl > Mg (사람의 구성 원소들 중 무게비율에 따른 순서대로) 세포를 구성하는 기본 물질은 핵산, 단백질, 탄수화물, 지질 등의 유기물질과 물과 무기염류 등의 무기물질이다. 이들은 약 25종류의 원소들로 이루어져 있으며, 이 중 아래와 같은 6종의 원소가 인체의 약 99% 무게를 차지하고 있다. O(65.0%)>C(18.5%)>H(9.5%)>N(3.3%)>Ca(1.5%)>P(1.0%) 2. 미량원소: 생체를 구성하는 무게비율이 0.01% 이하지만, 생명현상에 꼭 필요한 원소들 B, Cr, Co, Cu, F, I, Fe, Mn, Mo, Se, Si, Sn, V, Zn 3. 중요원소들
(1) Ca ☞ 보통 사람의 몸속에는 약 1,400g의 칼슘이 있으며, 대부분은 뼈와 이의 구성성분이 되며, 약 10g 정도의 칼슘이 세포질이나 혈액 그리고 세포외 기질 등에서 다양한 생물학적 현상에 관여하고 있으며, 이 칼슘은 칼슘채널(Ca2+ channels), 칼슘펌프(Ca2+ pumps), 칼슘결합단백질(Ca2+ binding proteins) 등에 의해 정교하게 조절되어지고 있다. - 세포 내 2차 신호전달 물질(second messenger) - 근소포체(SR)에 다량함유 되어져 있으며, IP3R나 RyR를 통하여 주로 방출되어짐 - 근육 수축에 관여(troponin C와 결합) - 혈액 응고에 관여(thrombokinase의 cofactor로서 혈액응고기구에서 제 Ⅳ인자로 작용) - vitamin D에 의해 흡수 촉진 - 동물세포들 사이의 결합에 관여(adherens junction에 관여) - 식물뿌리의 굴중성(gravitropism)을 유도하는데 관여 - 신경전달물질의 분비에 관여(synapse 전막에서의 calcium ion channel이 열려 유입된 칼슘이온에 의해 칼슘전류가 발생하여 synapse 전막에서 acetylcholine이 분비됨) - 효소의 보조인자로 작용(칼슘 의존성 protease, protein kinase, Ca2+-ATPase, lipase 등의 보조인자로 작용되어짐) - 수정(fertilization)시에 관여(1개의 정자가 난자에 들어가면 Ca2+ ion에 의한 활동전위가 생기고 이 자극에 의해 난자의 표층과립이 붕괴하면 수정막이 형성되어 다중수정이 방지(polyspermy block)되어짐) - 갑상선에서 만들어지는 칼시토닌(calcitonin)에 의해 혈액 내 칼슘 농도가 감소됨(뼈에 칼슘을 침착시켜 혈장 중의 칼슘농도를 낮춤) - 부갑상선에서 만들어지는 파라토르몬(parathormone(parathyroid hormone;PTH))에 의해 혈액 내 칼슘 농도가 증가(파라토르몬은 뼈와 신장에 작용하여 Ca2+ ion의 혈장농도를 증대시키고, 신장에서의 배설을 저하시키거나 인산염뇨를 일으키는 것으로 인산농도를 저하시켜 Ca과 P 비를 1:1로 일정하게 유지시킨다. 또한 이 호르몬이 과잉분비되면 고칼슘혈증이 되어 급성으로는 다뇨, 만성으로는 결석이 생기며 결핍되면 저칼슘혈증으로 되어 테타니, 신경장해를 일으킨다.) ※ 대략 혈장 중의 칼슘 농도는 10㎎/㎗이며, 성인의 하루 칼슘 권장량은 600~800㎎ 정도이다. (2) Mg - 엽록소의 구성성분(☞ 결핍시 식물 잎의 황백화 현상이 나타남) - 효소의 보조인자로 작용(polymerase 등) - 신경의 자극 전달 작용 - 근육이완에 관여 - 체내에서의 인지질(레시틴)의 합성에 관여 ※ 대략 혈장 중의 마그네슘 농도는 1.4~2.4mg/㎗이며, 60%정도는 인과 결합하여 뼈 속에 들어 있고, 26% 정도는 근육에, 나머지는 연조직과 체액에 분포되어 있다. 성인의 하루 칼슘 권장량은 300㎎ 정도이다. (3) Fe - 산소운반을 담당하는 헤모글로빈(hemoglobin)의 구성성분 ☞ 인간의 혈액이 붉게 보이는 이유는 철과 산소가 결합하기 때문이다. - 전자전달계의 시토크롬(cytochrome) 구성성분 - 트렌스페린(transferrin)에 의해 운반되어짐 - 페리틴(ferritin)에 의해 저장되어짐 ※ 대략 혈장 중의 트렌스페린 농도는160~370 mg/㎗로서 과다할 경우 철분 결핍으로 인한 빈혈증(anemia)이 나타날 수 있으며, 결핍될 경우 종양(neoplasm), 신부전증(nephrotic syndrome), 만성질병(chronic illness) 등이 나타날 수 있다.
(4) S - 단백질을 구성하는 아미노산인 시스테인과 메티오닌의 구성성분 - 35S: 단백질 검출 방사선 동위원소
(5) P - 핵산(DNA, RNA)의 구성성분 - ATP의 구성성분 - 인지질은 세포막의 구성성분 - 칼슘과 상호작용하여 어린이의 구루병과 성인의 골연화증을 예방 - 32P: DNA 혹은 RNA 검출 방사선 동위원소
(6) I - 갑상선 호르몬을 만드는 티록신의 구성성분 - 기초대사 항진 - 카로틴의 비타민 A 전환에 관여 - 아드레날린 분비억제에 관여 ※ 대륙의 내륙 지방에서 천일염이나 다시마 등의 해조류를 먹지 못하는 사람에게서 나타날 수 있는 질환으로 갑상선 비대증이 있는데, 이는 요오드 성분의 결핍과 연관되어진다.
(7) Na - 삼투압 조절 - 신경의 흥분 및 전도에 관여 - 세포막에 다양한 Na+ ion channels이 존재 ※ 휴지기일 때, Na+/K+ pump의 능동수송에 의해서 3Na+ ions 세포 외부로 방출되어지며, 2K+ ions이 세포 내부로 유입되어져, 세포외부는 +, 세포내부는 -로 대략 -70mV의 막전위를 형성한다.
(8) K - 삼투압 조절 - 신경의 흥분 및 전도에 관여 - 정상적인 체액유지 및 근육반응 유지 - 인체의 정상적인 산염기 균형 유지 - 혈관 벽의 긴장을 풀어 혈관을 확장시키며, 심장기능 특히 맥박을 정상으로 유지시킴 - 인슐린 분비에 관여 - 세포막에 다양한 K+ ion channels이 존재
(9) Cu - 산소운반을 담당하는 헤모시아닌(hemocyanin)의 구성성분 ☞ 가재의 혈액이 푸르게 보이는 이유는 구리와 산소가 결합하기 때문이다. - 효소의 보조인자로 작용: cytochrome oxidase, oxygenase
(10) Zn - 효소의 보조인자로 작용: alcohol dehydrogenase ※ Cu와 Zn에 관련된 신경 위축성 경화증(amyotrophic lateral sclerosis; ALS)이라는 것은 구리-아연-디스뮤타제(CuZnSOD) 돌연변이가 유독한 과산화질소 라디칼을 생산하는 것으로 인해 유발되는 질병이라 할 수 있다. 구리-아연-디스뮤타제의 주된 역할은 세포의 에너지 생성과정의 부산물로 만들어지는 과산소 라디칼을 제거하는 것으로, 비공유 전자를 가진 이 산소 라디칼은 세포내의 많은 구성 물질을 파괴할 수 있고, CuZnSOD의 돌연변이는 이러한 과산소 라디칼 제거 작용을 감소시킴으로서 신경세포에 대한 피해를 막지 못하게 된다.
(11) Co - Coenzyme B12의 구성성분
(12) Cl - 체액의 성분 - 위액의 성분 (13) Mn - 효소의 보조인자로 작용: enolase, superoxide dismutase(SOD)
(14) Mo - 효소의 보조인자로 작용: 산틴 옥시다제, 질산환원효소, 질소 분해 효소 - 체내에 다량으로 존재하면 구리의 배설이 증가하여 구리결핍증이 발생하고 결핍되면 통풍이 발생됨 - 체내에서 몰리브덴은 주로 뼈, 간, 신장에 존재 - 질소대사를 위해 필수적인 미량 미네랄 (purine이 요산으로 바뀌는 마지막 단계에 관여) - 섭취량이 부족하거나 결핍되면 중년 이후 남성의 임포텐스, 잇몸질환, 암의 발생률이 높아짐 ※ Mo, Pb, Cr, Hg, Cd 중에 과량이 섭취되어도 비교적 해가 덜 되는 중금속은 Mo이다. |
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