당화 반응

3. 생체 내 당화 반응

생체 내 당화 반응은 혈액에서 흡수된 포도당, 과당, 갈락토스와 같은 단당류에 의해 일어난다. 과당과 갈락토스는 포도당보다 약 10배 더 당화 반응을 일으키기 쉽다.^[32] 당화 반응은 아마도리 반응, 시프 염기 반응, 마이야르 반응 등 복잡한 반응의 첫 단계이다.

이 반응의 생성물 중 일부는 반응성이 높아 노화의 주요 원인으로 지목되며, 당뇨병, 심장병, 알츠하이머병, 암, 말초 신경 장애, 난청, 실명 등의 원인이 될 수 있다.^[21][22] 당화된 물질은 체내에서 천천히 배출되며, 세포의 평균 수명보다 약 2배 긴 반감기를 가진다.

적혈구는 약 120일의 수명을 가지므로, 당화 헤모글로빈(HbA1c) 농도를 통해 당뇨병 환자의 혈당 관리 상태를 파악할 수 있다. 신경 세포, 콜라겐, DNA 등 수명이 긴 세포나 단백질은 당화로 인한 손상이 장시간 축적된다. 신장 사구체, 눈의 망막 세포, 랑게르한스 섬의 β 세포 등 대사가 활발한 세포도 손상되기 쉽다. 혈관 상피 세포는 당화에 의해 직접 손상되어 관상 동맥 입구 등 혈류가 많은 곳에 죽상 동맥 경화증을 유발할 수 있다.

3. 1. DNA 당화

4. 생체 외 당화 반응

생체 외에서의 당화 반응은 설탕을 단백질이나 지질과 함께 조리할 때 등에 일어난다. 온도가 120℃ 이상이 되면 급속하게 반응이 진행되지만, 온도가 낮더라도 조리 시간이 길면 반응은 진행된다.

당화된 단백질이나 지질은 30% 정도가 소화되어 체내에 흡수된다. 마이야르 반응처럼 색이 갈색으로 변하는 것이 이 반응이 일어났다는 증거이다. 실제로 프렌치 프라이나 빵의 색을 좋게 하는데 설탕이 사용된다. 또한 조리 중, 당화 반응에 의해 발암 물질의 전구체인 아크릴아미드가 생성된다^[15]。최근까지, 당화 반응이 건강에 미치는 영향은 무시해도 될 정도라고 생각되어 왔지만, 최근의 연구로 실제로는 매우 심각하다는 것이 밝혀지고 있다^[16]。지금까지 많은 연구가 당뇨병에 관해서 이루어져 왔지만, 당화 반응은 망막증이나 심장병 등의 발병에도 크게 관여하고 있다.

식품 제조업자는 지난 50년 동안 당화 반응물을 향료나 착색료로 사용해 왔지만, 이로 인해 질병이나 염증이 유발될 가능성은 적지 않다^[17]。특히 당화 반응물이 많은 식품은 도넛, 바비큐, 케이크, 진한 색의 소다 등이다^[18]。

5. 생물의학적 의미

적혈구는 약 120일의 수명을 가지며, 당화 헤모글로빈 측정을 통해 확인할 수 있다. HbA1c (당화 헤모글로빈의 주요 형태) 측정을 통해 당뇨병 환자의 중기 혈당 조절 상태를 모니터링할 수 있다.

일부 당화 반응 생성물은 심혈관 질환(내피, 피브리노겐, 콜라겐 손상) 및 알츠하이머병(아밀로이드 단백질은 최종 당화 산물로 진행되는 반응의 부산물)을 비롯한 여러 연령 관련 만성 질환과 관련이 있다.^[35][36]

수명이 긴 세포(예: 신경 및 다양한 유형의 뇌세포), 오래 지속되는 단백질(예: 수정체 및 각막의 크리스탈린) 및 DNA는 시간이 지남에 따라 상당한 당화를 유지할 수 있다. 당화 반응에 의한 손상은 혈관벽의 콜라겐을 경화시켜 특히 당뇨병에서 고혈압을 유발한다.^[37] 당화는 또한 혈관벽의 콜라겐을 약화시켜 미세동맥류 또는 거대동맥류를 유발할 수 있다.^[38] 이것이 뇌에서 일어날 경우 뇌졸중을 일으킬 수 있다.

6. 수명과의 관계

1971년부터 1980년까지의 일본 데이터를 보면, 당뇨병 환자는 일반인보다 남성은 약 10년, 여성은 약 15년 수명이 단축되었다.^[24][25] 높은 혈당은 생체 단백질을 비효소적으로 당화시켜 단백질 기능을 손상시키는데, 이는 콜라겐이나 수정체 단백질 크리스탈린과 같이 수명이 긴 단백질에 큰 영향을 준다. 백내장은 노화에 의해 발생하지만, 고혈당 환경에서는 노화 현상이 더욱 심하게 진행된다.^[24] 동맥경화도 유사한 메커니즘으로 진행되며, 당화 반응으로 생성된 프리 라디칼은 산화 스트레스를 증가시킨다.^[26]

수명이 긴 세포(예: 신경 및 다양한 유형의 뇌세포), 오래 지속되는 단백질(예: 수정체 및 각막의 크리스탈린) 및 DNA는 시간이 지남에 따라 상당한 당화를 겪을 수 있다. 당화 반응에 의한 손상은 혈관벽의 콜라겐을 경화시켜 특히 당뇨병에서 고혈압을 유발한다.^[11] 당화는 또한 혈관벽의 콜라겐을 약화시켜^[12] 미세동맥류 또는 거대동맥류를 유발할 수 있으며, 뇌에서 일어날 경우 뇌졸중을 일으킬 수 있다.

참조

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_[4] 논문 Serum carboxymethyl-lysine, an advanced glycation end product, is associated with increased aortic pulse wave velocity in adults
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_[7] 논문 Methylglyoxal, a Potent Inducer of AGEs, Connects between Diabetes and Cancer
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