아미노산이란?
단백질은 모든 생명체들에게 가장 중요한 성분으로 생체 건조 중량의 50%가 이들 단백질로 구성되어 있다고 알려져 있다. 이와 같이 단백질은 수분 다음으로 많은 체내 성분으로서 사람의 몸에는 약 10만개 이상의 서로 다른 종류의 단백질을 가지고 있으며, 각각의 단백질은 세포 구조물이나 효소, 호르몬으로 작용하여 서로 다른 기능을 수행한다. 단백질(protein)이란 말은 희랍어 ‘Proteios’ 에서 유래된 말로 ‘첫째’란 뜻을 내포하고 있다. 따라서 그 의미로서 단백질의 생체내 중요성을 다시 한번 강조하고 있는 것이다.
아미노산은 이와 같은 단백질을 이루는 가장 기본적인 화학적 구성 요소로서 이들 아미노산은 수 천년 동안 생명체에 의해 그 합성 능력이 보존되어 왔으며, 체내 합성 능력에 따라 필수, 비 필수 아미노산으로 구분할 수 있다. 지구상에는 약 300개 이상의 아미노산이 존재 하지만 20개의 아미노산만이 동물 세포의 단백질 합성에 이용 된다고 알려 졌다.
그러므로 이들 아미노산들이 체내에 적정한 비율로 존재하지 않으면 단백질 합성이 원활하게 이루지지 않은 것이다. 아미노산의 중요성이 강조되어 오면서 근래 연구에서는 아미노산의 주요 기능으로 알려진 효소나 단백질, 호르몬의 구성요소로 작용하는 세포 구조학적 측면 이외에 개개의 아미노산이 면역반응 및 스트레스 반응 그리고 다양한 대사 활동(단백질 합성 속도 증가, 호르몬 분비 유도)에도 영향을 주는 것으로 밝혀지고 있다.
상기와 같은 아미노산의 생물학적 기능이 밝혀 짐에 따라 많은 연구자들이 그 기능을 양돈, 양계와 같은 축산산업에 적용하고자 하였고, 실제로 긍정적인 효과들이 입증되고 있다. 따라서 본 글에서는 동물의 대사 기능에 대하여 아미노산이 어떠한 기능을 하는지 그 효과들을 소개하고자 한다.
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| 농장에서 쉽게 얻을 수 있는 아미노산 |
축산업계의 고민!
현재 축산 산업에 있어서 가장 문제 시 되는 것 중의 하나가 질병에 의한 가축 폐사일 것이다. 이와 같은 가축 폐사는 축산 경영 손실의 주된 요인이며, 발생된 폐사축 처리 역시 큰 골치거리로 작용하고 있다. 질병 발생의 주요 원인은 사육환경에서 오는 스트레스가 가장 큰 원인 이며, 이러한 스트레스에 가축이 지속적으로 노출되면 면역력이 약화되고 결과적으로 면역력이 약화된가축에게 살모넬라나 대장균과 같은 병원균 노출은 창과 방패 없이 적과 싸우는 군사들과 같다고 할 수 있다.
따라서 상기 질병 발생 원인으로부터 질병 방어를 위한 근본적 접근 방법을 포괄적이고 간단하게 유추해 보면 일차적으로 스트레스 발생을 감소 시켜 주고, 이차적으로 면역력을 증가시키는 것이 최선의 방법이라는 것을 누구나 알 수 있을 것이다.
아미노산의 다양한 기능 및 적용
많은 사람들이 익히 들어온 코티졸은 대표적인 스트레스 호르몬으로서 동물이 스트레스 환경에 노출 시 분비되어 생체내의 대사 기능을 전환하는 신호 전달 물질로 작용한다.
따라서 동물의 혈액내에 코티졸 농도가 높다는 것은 현재 스트레스에 상당 수준 노출되어 있다는 의미이다. 연구 보고에 의하면, 트립토판(tryptophan)을 스트레스에 노출된 돼지에 평균 이상 급여 하였을 경우 혈중 내 코티졸 농도가 정상 수준으로 보다 빨리 회복되었으며, 글루타민 역시 이유돼지의 스트레스 호르몬 수치를 낮춰 주는 것으로 확인 되었다. 게다가 트립토판은 위장에서 분비되는 그렐린(Ghrelin)이라는 식욕 관련 효소분비를 촉신하여 돼지의 식욕을 촉친하는 것으로도 알려 졌다.
이러한 트립토판은 항우울제인 세로토닌(serotonon)의 전구체로서 트립토판 급여가 뇌세포의 세로토닌 농도 변화와도 관련 있다고 알려져 있지만 정확한 메커니즘은 아직 밝혀 지지 않은 상태이다. 또한 스트레스로 인하여 혈액내 코티졸 수준이 높아지면 글루코오즈가 아닌 아미노산과 같은 화합물로부터 세포에 필요한 물질을 만드는 당신생(gluconeogenesis) 반응을 촉진하게 되고, 이때 많은 아미노산들이 이 반응에 의해 소비되기 때문에 스트레스 발생시 많은 아미노산이 소비 되는 것으로 알려 졌다.
스트레스 반응과 함께 많은 아미노산들이 호르몬분비와 면역 반응에 영향을 주는 것으로 알려 졌다. 단백질 결핍이 면역반응을 약화 시키는고 질병에 대한 감수성을 높여 준다는 것은 예부터 일반적으로 알려져 왔지만 바이오 관련 실험 기술이 발달됨에 따라 단백질 결핍으로 인한 혈액내 아미노산 이용성 감소가 면역력 감소에 영향을 주는 것으로 밝혀 지면서 면역 반응에 대한 아미노산의 중요성이 강조 되기 시작하였다.
글루타민은 면역 세포의 주요 에너지원으로서 B-세포와 T-세포의 활성과 증식을 유도한다고 알려 졌다. B-세포와 T-세포는 면역 반응에 참여하는 주요 세포로서 B-세포는 박테리아나 바이러스와 같은 항원과 결합하여 자극을 받으면 증식과 함께 항체를 형성하는 기능을 가지며, T-세포는 항원과 반응하여 B-세포가 항체를 형성 할 수 있도록 싸이토카인 이라는 화학 물질을 분비 하는 기능을 가진 세포들이다.
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| 고농도 아미노산을 함유한 자가사료 |
이외에도 글루타민은 다른 여러 종류의 면역 세포들에게 영향을 주는 것으로 확인 되었다. 글라이신(glycine)은 잠재적 항산화제로서 생리학적으로 중요한 뉴클레오타이드(DNA 구성 물질) 및 글루타티온(glutathione) 합성에 필요하며, 백혈구의 증식과 항산화적 방어 기작에 요구되어 진다. 히스티딘(histidine) 역시 면역 반응에 관여하는 아미노산으로 히스티딘은 혈액내에 당 단백질 형태로 존재 하면서 세포 부착 및 이동, 세포 용해와 같은 다양한 면역 반응에 관여하며, 실제로 히스티딘이 결핍된 사료를 닭에게 급여 하였을 경우 면역반응이 크게 감소 하였고, 이후 정상 수준으로 급여 하였을때 면역 반응이 다시 회복하였다고 했다.
이외에도 라이신의 불충분한 공급은 항체 반응과 세포성 면역을 감소 시키는 것으로 알려 졌으며, 황 함유 아미노산인 메치오닌은 DNA 및 단백질에 메틸그룹의 공여체가 되고, 뉴캐슬병에 걸린 닭에게 급여 하였을 경우 면역 반응을 증가 시킨 예가 있다. 비록 소수의 아미노산을 예로 들었지만 상기에 언급하지 않은 아미노산들 역시 면역 반응에 영향을 주는 것으로 알려 졌으며, 그 내용을 표2에 간단하게 나타내었다. 한편 호르몬 분비 기능에 있어서 아르기닌(alginine)은 인슐린과 성장 호르몬, 모유분비에 관여하는 태반 락토젠 분비를 촉진하고 글루타민(glutamine)과 류신(leucine) 역시 인슐린 분비를 자극하는 것으로 확인 되었다.
최근 연구들을 보면 필수 아미노산 뿐만 아니라 비 필수 아미노산에 대한 관심 또한 증가 되고 있다. 그 예가 바로 아르기닌계 아미노산들(AFAA : Arginine Family of amino acid)이다. AFAA는 아르기닌, 글루타민, 프롤린, 아스파라긴, 오르니틴, 시트룰린으로 대부분의 동물에서 복잡한 대사 경로를 통해 서로 전환 될 수 있는(interconversion) 아미노산을 의미한다. AFAA는 대부분의 동식물에 풍부하게 존재하므로 사료내 AFAA가 풍부하게 존재 한다고 여겨짐에 따라 크게 관심을 받지 못하였지만, 대부분의 동물의 젖에는 아르기닌이 불충분하게 존재하며, 따라서 어미돼지의 우유에는 7일령 젖먹이 돼지에게 요구되는 아르기닌양의 40%밖에 공급하지 못한다고 알려 졌다.
또한 다양한 영양 대사 및 면역 반응을 조절을 통하여 결과적으로 사료 효율에 영향을 미치는 것으로 밝혀지면서 그 관심이 커져 가고 있다. 일반적으로 생후 20일까지 새끼돼지가 자랄 수 있는 잠재적 성장치는 일당 400g으로 알려져 있다. 그러나 젖먹이 돼지는 생후 8일 이후부터 저성장률을 보이기 시작하고, 이 시기는 아르기닌과 시트룰린의 합성이 젖먹이 돼지에서 감소 하는 시기와 일치한다. 아르기닌의 합성 전구체인 글루타민으로부터 아르기닌 합성 속도 역시 7일령 젖먹이 돼지에서 70~73%까지 감소하였다고 보고 하였고 3일령에서 14일령까지 혈액내 아르기닌의 농도를 측정한 결과 20에서 40%까지 그 농도가 감소함이 이를 뒷받침 한다.
예로 7일령부터 21일령까지 새끼 돼지의 사료에 0.2, 0.4%의 아르기닌을 첨가하여 급여한 결과, 혈액내 암모니아 수준은 무첨가구에 비해 각각 20, 35% 감소 하였고, 증체량은 각각 28, 66%의 개선 효과를 보였다. 또한 임신 30일과 114일 사이에 임신돈에 아르기닌을 급여 하였을 경우에도 새끼돼지의 생시 체중 및 생존률을 크게 향상 시킨 것으로 보고 되었다.
결론
비록 본 글에서 아미노산의 기능에 대해 간단히 설명하였지만, 상기에 열거한 아미노산의 기능은 그 일부에 지나지 않는다. 개개의 아미노산의 많은 기능들이 속속 밝혀지고 있고 동물 실험에 적용하여 그 효과를 입증 하고 있으며 축산 산업에서 역시 많은 아미노산 제품들이 생산되어 돼지나 닭의 스트레스 방어에 이용되고 있지만 적은 성분 함량과 높은 가격으로 인하여 아미노산의 긍정적 기능에도 불구 하고 아직까지 축산농가에서는 그 사용이 한정되어 있는 것이 사실이다.
현재 사료값 폭등으로 인하여 사료 첨가제의 시장이 점차 축소되는 시점에서 값비싼 아미노산을 급여하여 닭과 돼지의 생산성을 증가 시킨다는 것은 어불성설이다. 그러나 아미노산을 값싸고 쉽게 얻을 수 있는 원천 자원을 확보한다면 이는 불가능한 일이 아닐 것으로 판단된다. 근래 들어 축산산업에서 발생되는 사체 처리가 이슈화 되고 있다. 이에 따라 많은 사체 처리기가 생산되고 사체처리사체부터 생성된 사체 부산물을 동물 사료로 재활용하는 것이 시도 되고 있다.
일부는 사체라는 단어에서 오는 혐오감과 비 위생적 느낌으로 인하여 무조건 적인 배척이 이루어 지고 있지만 이는 분명 농장에서 손쉽게 구할 수 있는 고급 단백질 자원임에 틀림없다. 좀더 진보적인 생각을 가지고 이를 재활용 할 수 있는 기술을 마련한다면 축산 산업의 큰 난제라 할 수 있는 사체 처리 및 고급 아미노산 자원 확보라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있을 것으로 여겨 지며, 더불어 항생제 대체에도 일정 수준 기여 할 것으로 보여진다.
