에스테틱 숍의 전문성을
높인다.
단백질의
합성과정 및 종류
인체를 이루고 있는 물질들 중 수분은 생명유지에 필수적인 수분은 63%이상, 체지방은 약
22%이다. 그 다음으로 많은 인체 구성성분은 모든 조직을 구성하고 있는 단백질이다. 섭취된 탄수화물은 대부분 근육 수축을 비롯한 각종
신체기능의 작동에 필요한 에너지의 생산을 위해 사용 된다. 최근 이러한 인체 구성성분 중에서도 각종 성장인자 단백질들의 뛰어난 세포재생효과를
이용하기 위하여 이들을 첨가한 화장품들이 개발, 판매되고 있는 상황이다. 이글을 작성하는 목적은 단백질에 대한 정확한 정보와 특성을 수회에 걸쳐
설명하여 독자들이 성장인자단백질이 첨가되었다고 홍보하는 수많은 화장품들 중에서 우수한 제품을 선발할 수 있도록 도움을 드리기
위함이다.
단백질
생산(합성)
단백질(Protein)은 이처럼 생명체를 구성하는 물질들 중의 하나로 그리스어의
proteios(중요한 것)에서 유래되었다. 이러한 중요한 단백질들은 세포 내에서 우연히 만들어 지는 것이 아니라 세포의 필요에 따라 세포의
염색체에 들어있는 유전정보를 기초로 하여 생산되고 있다. 독자들의 이해를 돕기 위하여 세포내에서의 단백질 생산 과정을 건물의 건축과정과 비교하여
설명하면 다음과 같다.
건물을 짓기 위해서는 설계도와 각종 건축자재들과 실제 작업을 수행하는 인부들이 필요하다. 그
중에서도 건물(세포)을 구성하는 구축물들 중의 일부인 다양한 색깔의 벽돌(단백질)로 이루어진 벽(단백질)을 쌓기 위해서는 우선 설계사의 지시을
복사하여(Transcription, 전사) 지급받은 설계도 복사본(mRNA)에 적힌 작업 또는 지시내용을 인부(tRNA)가
확인하고(Translation, 번역) 설계도에 적힌 내용에 따라 한 치의 오차도 없이 순서대로 해당하는 색깔의 벽돌(아미노산)을 공사장 내에서
찾아서 지정된 위치(리보좀)로 운반해 오면 또 다 른 인부(Peptidyl Transferase)가 받은 벽돌 순서대로 시멘트를 바른 후 쌓아서
설계도에 지시된 대로 벽(단백질)을 완성하게 된다(괄호 안의 내용은 유전자 정보로부터 단백질을 합성하는 과정에 사용되는 용어임) (그림
1)
단백질의
종류
단백질은 20가지의 서로 다른 아미노산들이 펩타이드 결합(peptide bond)이라고 하는
화학결합으로 선상으로 연결되어 있다(1차 구조). 이같이 유전정보에 의하여 조립된 아미노산들이 연결된 선상의 사슬이 2차, 3차, 4차
구조(그림 2.)를 이루고 나서야 단백질의 고유한 기능을 보유하게 된다.
다시
비유하여 설명하면 뜨개질에 사용하는 털실을 한 가닥으로 펴놓은 상태가 1차 구조, 바닥에 펼쳐서 털실이 겹쳐 있는 것이 2차구조이며 공 모양으로
뭉쳐진 상태를 3차 구조라고 한다.
그리고 공 모양으로 뭉쳐진 털실뭉치들이 몇 개씩 뭉쳐진 형태를 4차 구조라고 한다(그림
3). 단백질들은 3, 4차 구조를 이루었을 때 생명체를 구성하고 있는 세포의 구조를 이루며 세포 내의 모든 반응들이 순조롭게 진행되도록
촉매반응을 하며 무수한 다른 기능을 수행하고 있다(세포를 공장에 비유하면 공장에서 다양한 생산 작업에 종사하는
공원).
단백질들을 세포 내에서의 역할에 따라 다음과 같이 분류할수
있다.
- 효소 : 세포 내에서의 생화학적인 반응이 손쉽게 진행되도록 하는 역할을
수행한다.
ex) 아밀라제라는 소화효소는 음식으로
섭취한 밥(전분)을 포도당으로 변화시킨다.
- 수송단백질 :
혈액에
존재하는 물질들을 한 조직에서 다른 조직으로 이동시키며
또 다른 세포막에
존재하는 또다른 수송단백질들은 포도당,
아미노산 등의 영양분들이
세포 내로 통과하도록
도와준다.
-
영양분, 저장단백질 :
식물
종자에 존재하는 발아에 필요한 영양분인
종자단백질, 계란의 흰자위, 우유의 카제인 등의 저장단백질이 있다.
-
수축, 운동단백질 :
동물세포에
엑틴과 미오신이라는 근육을 수축, 이완시키는 단백질이 있다.
- 구조단백질 :
생물학적
구조를 유지시키는 콜라젠, 엘라스틴과
손톱, 모발, 깃털
등을 구성하는 케라틴이 있다.
또한 거미줄과 누에
실크의 fibroin등의 구조단백질이 있다.
-
방어단백질 :
척추동물의
경우, 미생물, 바이러스, 외래 단백질 등의 침입을 무력화시키는 항체가 있으며
상처에서의 혈액손실방지를 위한 혈액응고단백질인 피브리노젠과
트롬빈이 있다.
- 성장인자단백질
: 인체에서
생산되는 세포분열을 도와주는 단백질들로 기능이 떨어진 세포를 자극하여
세포분열을 촉진시키는 역할을 하기 때문에 신진대사가 활발해지고
병들거나
노화된 세포가 새로운 건강한 세포로 바뀌어
세포의
기능을 회복시켜 주는 역할을 한다.
선상의 아미노산들이 접혀서 고차(3, 4차)구조로 이루어진 단백질들은 세포 내에서 일어나는
거의 대부분의 현상에 관여하고 있다.
이러한 단백질들을 분리, 정제 할 때는 물론 제품에 첨가하여 사용할 때에 각별히 주의해야 할
사항은 물리적인 요인(가열, 건조, 교반, 압력, X선, 초음파, 진동, 동결)이나 화학적인 요인(산, 염기, 요소, 유기용매, 중금속,
계면활성제) 등에 의해 고차구조가 영향을 받아 변성되지 않도록 하는 것이다.
특히 단백질을 함유하고 있는 용액을 냉동보관(-20℃이하)하지 않고 수용액 상태로 실온에서
보관할 경우, 3, 4차 구조가 풀리거나 변성되어 본래의 기능을 상실하게 되기 때문에 대부분의 단백질의약품이나 최근 뛰어난 피부재생효과로 각광을
받고 있는 EGF(Epidermal Growth Factor, 상피세포성장인자) 등의 단백질 또는 줄기세포활성화제(Stem Cell
Activator)를 함유하는 메디컬화장품들은 위와 같은 물리, 화학적인 요인에 노출되지 않도록 주의해야 하며 장기간 보관시에는 냉동보관,
지속적으로 사용할 경우에는 냉장 보관함으로서 EGF 단백질의 3차구조(그림 4.)가 보존되도록 하여제품효능과 품질을 최상의 상태로 유지할 수
있기 때문에 소비자들이 제품 선정 시에 필수적으로 고려해야 할 사항이다.
최근 들어 국내외 화장품 업계에서는 미용 등의 목적으로 피부에 일시적인 효과를 주는 기존의
제품과는 다르게 더 적극적으로 세포 자체의 재생에 초점을 맞춘 제품들을 출시하고 있으며, 더 나아가 단순한 피부관리가 아닌 메디컬 화장품들을
개발·출시하고 있다.
그동안 눈부신 발전을 거듭한 생명공학 기술을 화장품에 접목시켜 주로 화학적 기술에만 의존하고
있던 화장품 역사에 새로운 혁명을 시도하고 있다. 다시 말하면 인체의 각종 성장인자 단백질들을 화장품에 사용하여 단순한 눈가림이 아닌 노화 또는
지친 세포들을 깊은 잠에서 깨울 수 있는 제품들을 개발하여 시장에 출시하고 있다. 당연히 여기에 핵심적인 역할을 하는 주역은 성장인자
단백질들이다. 그러므로 소비자들은 화장품에 포함된 효능을 나타내는 유효성분인 성장인자 단백질들이 변성되어 세포 재생 등의 기능을 잃지 않도록
성장인자 단백질들에 대한 보호시스템을 갖춘 화장품을 선택하는 것이 중요하며, 구입 후에도 성장인자 단백질 함유 화장품들을 전부 소모하기 전까지
보관과 사용에 주의를 기울여야 할 필요가 있다.
단백질은 지난 1월호에 설명한 것처럼 고유의 구조에 따라 효능을 나타낼 수 있게 된다.
그러므로 단백질들이 효능을 나타내는데 중요한 단백질 구조(그림1)가 화장품 생산업체의 무지 또는 무관심과 소비자의 사용 부주의로 파괴되지 않도록
변성요인들을 상세히 살펴보고 취급과 사용에 주의할 필요가 있다.
단백질의
변성
단백질의 본래 기능을 상실케 하는 변성은 여러 가지 물리•화학적 작용으로 단백질 구조의
변형을 가져오는 것으로 제품의 온도, pH, 염류, 표면장력 등 여러 가지 물리, 화학적 요인에 의해 발생한다. 이러한 변성은 복잡한 단백질
구조만큼 여러 가지 요인들에 의해 변성이 일어나게 되는데 다음과 같다.
1. 가열에 의한 것으로 대부분의 단백질들은 일반적으로 60-70℃에서
변성됨.
2. 동결건조에 의한 변성으로 급속동결이 필요하며
동결과 해동을 자주반복하면 변성됨.
3. 건조에 의하여 단백질이
응고됨.
4. 단백질용액을 강하게 섞어 거품이 생길 경우, 기포에 흡착된 단백질들이
변성됨.
5. 감마선과 같은 강한 방사선에 의해 단백질구조가
절단됨.
6. 산, 알칼리에 의해 단백질 응고됨.
7. 지나친 염류의 사용으로 단백질이 응집 침전됨.
8. 알코올, 아세톤 등에 의한 침전.
9. 단백질 분해효소의 작용에 의해 분해되어 기능을 상실하게
됨.
독자들이 변성의 개념을 쉽게 이해할 수 있도록 대표적인 예를 두 가지 들면, 암탉이 낳은
유정란(부화시키면 병아리로 될 수 있는 계란)을 프라이팬에 넣고 열을 가하거나 물에 넣고 끓일 경우(가열에 의한 단백질 변성), 계란의
단백질들이 응고되며(변성되어) 그 후에는 어떤 방법을 사용하더라도 병아리로 만들 수게 없게 되는 경우이다(그림 2). 또 다른 예는 최근 TV
방송프로그램에서 계란 흰자위를 사용하여 화장품에 의한 단백질 변성을 확인하는 것을 응용하여 국내 한 미용실에서 각종 샴푸들의 단백질 변성여부를
테스트한 실험(화학적 요인에 의한 단백질 변성)이 있는데 계란 흰자위에 샴푸를 첨가했을 경우, 샴푸에 사용된 단백질을 변성시킬 수 있는 성분들에
의해 첨가한 제품에 따라 투명하던 흰자위가 혼탁하게 변하는 경우(응고, 침전)를 예로 들 수 있다(그림 3).
이같은 변성요인들을 고려하여 단백질들이 사용된 제품을 제조할 때는 물론 사용할 때에 각별히
주의해서 성장인자단백질들이 변성되지 않도록 하는 것이 가장 중요하다.
구체적으로 설명하면 특히 단백질을 함유한 용액 상태의 화장품을 냉동보관(-20℃이하)하지
않고 실온에서 장기간 보관할 경우, 단백질 구조가 변하게 되어 본래의 기능(피부재생 등의 기능)을 상실하게 되기 때문에 위에 나열한 각종 물리,
화학적인 요인에 노출되지 않도록 주의해야 하며 장기간 보관 시에는 필수적으로 냉동보관, 지속적으로 사용할 경우에는 냉장 보관함으로써 단백질의
구조가 유지되도록 하여 제품효능과 품질을 최상의 상태로 유지할 수 있기 때문에 소비자들이 제품을 구매할 때는 단백질 구조를 안정화시킬 수 있는
보호시스템이 사용된 제품인지 반드시 확인한 후 제품을 선택해야 하는 것은 물론이며 구매한 제품의 사용 중에도 주의를 기울여야 할
것이다.
단백질
안정시스템
화장품에 사용되는 유용한 단백질들을 세포 내의 적합한 환경이 아닌 각종 화장품 원료들이 들어
있는 화장품에 넣어 장기간 보관 또는 사용할 경우, 앞서 설명한 여러 가지 단백질을 변성시킬 수 있는 환경이나 물질들로부터 화장품에 사용된
단백질들이 변성되지 않도록 보존시킬 수 있는 방법을 찾아야 할 것이다. 그러나 안정화 방법을 결정하기에 앞서 우선 단백질을 첨가할 제품의
최종용도를 고려해야 할 것이다. 예를 들면 인간 성장인자 단백질을 첨가한 메디컬 화장품의 경우, 단백질의 안정성 확보와 더불어 피부 침투력,
사용감 등을 고려한다면 아미노산 등의 저분자를 첨가제로 사용하는 단백질 안정화 방법이 가장 적합할 것으로
판단된다.
(주)넥스젠바이오텍이 각종 성장인자 단백질들을 주원료로 적절히 혼합한 일반 피부세포는 물론
줄기세포를 활성화시켜 재생, 미백, 발모 등을 목적으로 출시한 제품들에 채택한 단백질 안정화 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 각종
아미노산류를 최적으로 혼합하여 화장품에 사용된 성장인자 단백질들을 안정화시키는 한편 피부에 영양분인 아미노산도 공급하는 두 가지 효과를 기대할
수 있는 방법으로 두 마리 토끼를 잡는 기술을 사용하고 있다. 이 제품들은 현재 전국 에스테틱 숍에 판매되고 있다(그림 4). 이 제품들은 제품
사용 중에도 첨가된 단백질들의 효능을 최대로 유지시키기 위하여 유통 시에도 냉동 또는 냉장 보관을 권장하고 있다.
글 / 유제근 Ph.D.
이학박사(분자생물학 전공, 괴팅겐 대학교, 독일)
전 생명공학연구원
전 동부기술원 식물공학연구소 연구원
현 넥스젠 R&D 총괄사장
현 충남대학교 의과대학 겸임교수
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