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소화 효소

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목차

1. 개요

소화 효소는 위장관에서 발견되며, 입, 위, 소장 등에서 음식물을 분해하는 역할을 한다. 탄수화물, 단백질, 지방의 종류에 따라 아밀레이스, 프로테아제, 리파아제 등으로 분류된다. 소화 효소는 침샘, 위샘, 췌장, 소장 등에서 분비되며, 결핍 시 소화 불량 등의 문제가 발생할 수 있다. 소화 효소 제제는 소화 불량 치료에 사용되며, 식물 유래 소화 효소도 존재한다. 세계 최초의 소화 효소 제제는 다카미네 조키치가 개발한 타카디아스타제이다.

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소화 효소
개요
정의섭취한 음식물을 작은 조각으로 분해하는 생물학적 촉매 역할을 하는 효소의 한 종류이다.
기능음식물 분해
영양소 흡수 촉진
신체 기능 유지
종류
아밀레이스탄수화물을 분해하여 단당류로 만든다.
프로테아제단백질을 아미노산으로 분해한다.
리파아제지방을 지방산과 글리세롤로 분해한다.
뉴클레아제핵산을 뉴클레오타이드로 분해한다.
생성 위치
입침샘에서 생성되는 아밀레이스 (푸티알린)가 탄수화물 분해를 시작한다.
위위벽에서 생성되는 펩신이 단백질을 분해한다.
췌장아밀레이스, 리파아제, 트립신, 키모트립신, 카르복시펩티다아제 등 다양한 소화 효소를 생성하여 소장으로 분비한다.
소장말타아제, 락타아제, 수크라아제, 펩티다아제 등 다양한 소화 효소를 생성하여 탄수화물과 단백질의 최종 분해를 돕는다.
작용 기전
기질 특이성각 소화 효소는 특정 종류의 음식물에만 작용한다. 예를 들어, 아밀레이스는 탄수화물에만, 프로테아제는 단백질에만 작용한다.
최적 pH각 소화 효소는 최적의 pH 조건에서 가장 활발하게 작용한다. 예를 들어, 펩신은 산성 조건에서, 트립신은 약알칼리성 조건에서 활발하게 작용한다.
온도최적 온도 (일반적으로 체온과 유사)에서 가장 활발하게 작용한다.
임상적 중요성
소화 불량소화 효소 부족은 소화 불량, 복부 팽만, 설사 등을 유발할 수 있다.
췌장 기능 부전췌장염, 낭포성 섬유증 등 췌장 질환은 소화 효소 분비를 감소시켜 영양소 흡수 장애를 초래할 수 있다.
효소 보충 요법소화 효소 결핍 환자에게 소화 효소를 보충하여 소화 기능을 개선할 수 있다.

2. 종류 및 기능

소화 효소는 작용하는 영양소에 따라 탄수화물 분해 효소, 단백질 분해 효소, 지방 분해 효소 등으로 분류된다.

주요 소화 효소 표


소화 효소는 위장관 전반에 걸쳐 발견된다. 사람의 소화계에서 소화의 주요 부위는 입, 위 및 소장이다. 소화 효소는 침샘, 위샘, 이자의 분비 세포, 소장의 분비샘을 포함한 다양한 외분비샘에서 분비된다.

이자은 이자액을 분비하는데 여기에는 다음과 같은 소화 효소가 포함되어 있다.

  • 췌장 아밀라아제: 알파 결합 포도당 중합체인 녹말과 글리코겐을 분해한다.
  • 트립시노겐: 비활성형 단백질 분해 효소 (자이모겐)로, 십이지장에서 트립신으로 활성화되면 염기성 아미노산에서 단백질을 분해한다.
  • 키모트립시노겐: 비활성형 단백질 분해 효소로, 키모트립신으로 변환되어 방향족 아미노산에서 단백질을 분해한다.
  • 카르복시펩티다아제: 단백질에서 말단 아미노산 그룹을 제거하는 단백질 분해 효소이다.
  • 엘라스타아제: 엘라스틴과 기타 단백질을 분해한다.
  • 췌장 리파아제: 중성지방을 두 개의 지방산과 모노글리세리드로 분해한다.[12]
  • 스테롤 에스테라아제
  • 인지질 분해 효소
  • 핵산 분해 효소: DNAase 및 RNAase와 같이 핵산을 분해한다.


장액은 다음과 같은 소화 효소를 분비한다.

침에는 아밀레이스가 포함되어 있다.

위액에는 펩신과 렌넷이 포함되어 있다.

  • 펩신: 단백질을 펩톤으로 만든다.

2. 1. 탄수화물 분해 효소

탄수화물 소화는 입에서 시작된다. 침샘에서 생성되는 아밀라아제는 복잡한 탄수화물, 주로 조리된 녹말을 더 작은 사슬이나 단순 당으로 분해한다. 침샘의 아밀라아제는 프티알린이라고도 불린다.[10]

췌장은 이자액을 분비하는데, 이자액에는 췌장 아밀라아제가 포함되어 있다. 췌장 아밀라아제는 알파 결합 포도당 중합체인 녹말과 글리코겐을 분해한다. 사람에게는 베타 결합 포도당 중합체인 셀룰로스를 소화하는 셀룰라아제가 없다.[11]

장액은 다음과 같은 소화 효소를 분비한다.

위의 효소들은 탄수화물을 단당류로 분해하여 흡수를 돕는다.

2. 2. 단백질 분해 효소

펩신은 위에서 분비되는 주요 위 효소이다. 비활성형인 펩시노젠 (지모겐) 형태로 위 주세포에서 생성되며, 위산에 의해 활성형인 펩신으로 활성화된다. 펩신은 음식물의 단백질을 펩타이드 및 아미노산과 같은 더 작은 분자로 분해한다.[11]

이자에서 분비되는 트립시노겐은 비활성형 단백질 분해 효소 (자이모겐)로, 십이지장에서 트립신으로 활성화되면 염기성 아미노산에서 단백질을 분해한다. 트립시노겐은 십이지장 효소인 엔테로키나아제를 통해 활성형인 트립신으로 활성화된다.[11] 키모트립시노겐은 비활성형 단백질 분해 효소로, 십이지장 엔테로키나아제에 의해 활성화되면 키모트립신으로 변환되어 방향족 아미노산에서 단백질을 분해한다. 키모트립시노겐은 트립신에 의해서도 활성화될 수 있다.[11] 카르복시펩티다아제는 단백질에서 말단 아미노산 그룹을 제거하는 단백질 분해 효소이다.[11] 엘라스타아제는 엘라스틴과 기타 단백질을 분해한다.[11]

장액에는 아미노펩티데이스 N이 있는데, 이는 단백질의 아미노 말단의 펩타이드 결합을 절단하여 아미노산을 유리시킨다.

2. 3. 지방 분해 효소

지방 분해 효소는 지방(트라이글리세라이드)을 모노글리세라이드와 지방산으로 분해하는 효소이다.[40] 리파아제라고도 불린다. 침샘, 위, 이자에서 분비된다.

  • '''혀 라이페이스''': 지질 소화는 입에서 시작된다. 혀 라이페이스는 지질 및 지방의 소화를 개시한다.[40]
  • '''위 리파아제''': 위의 분문 점막에 있는 위 주세포에서 분비되는 산성 리파아제이다. pH 3~6 수준에서 활성을 가진다. 담즙산이나 콜리파아제 없이도 지방을 분해할 수 있다.[40] 성인의 경우 지방 가수분해의 30%를 담당하며, 신생아의 경우 최대 50%를 담당하여 더욱 중요하다.

3. 소화 기관별 소화 효소

사람의 소화계에서 소화의 주요 부위는 입, 위 및 소장이며, 소화 효소는 침샘, 위샘, 이자(췌장)의 분비 세포, 소장의 분비샘을 포함한 다양한 외분비샘에서 분비된다.

침에는 아밀레이스(프티알린)가 포함되어 다당류인 녹말을 주로 이당류인 엿당(맥아당)으로 변화시킨다. 위액에는 펩신이 단백질을 펩톤으로 만든다. 이자액에는 트립신이 단백질이나 펩톤을 폴리펩타이드나 올리고펩타이드로 만들며, 키모트립신은 방향족 아미노산 잔기에, 엘라스테이스는 지방족 아미노산 잔기에 작용한다. 카복시펩티데이스 A는 단백질의 카르복실 말단의 펩티드 결합을 절단하여 중성, 산성 아미노산을 유리시키고, 카복시펩티데이스 B는 염기성 아미노산을 유리시킨다. 장액에는 아미노펩티데이스 N이 단백질의 아미노 말단의 펩티드 결합을 절단하여 아미노산을 유리시킨다. 이자액의 아밀레이스(아밀롭신)는 다당류인 전분을 주로 이당류인 엿당으로 변화시킨다. 장액의 수크레이스는 이당류인 수크로스(자당)를 단당류인 포도당(글루코스)와 과당(프룩토스)로, 말테이스는 이당류인 엿당을 단당류인 포도당으로, 락테이스는 이당류인 젖당(유당)을 단당류인 포도당과 갈락토스로 변화시킨다. 리파아제는 지방(트라이글리세라이드)을 최종적으로 모노글리세라이드와 지방산으로 분해한다.

십이지장에서는 다음과 같은 효소 및 호르몬들이 생성된다.


  • 세크레틴: 위 유미의 산성도에 반응하여 십이지장의 S 세포에 의해 생성되는 내분비 호르몬이다.
  • 콜레시스토키닌(CCK): 지방 및 단백질을 많이 포함하고 있는 유미에 반응하여 십이지장의 I 세포에 의해 방출되는 펩타이드이다. 오디괄약근의 색조를 감소시킨다.
  • 위 억제 폴리펩타이드(GIP): 십이지장의 점막 세포에 의해 생성되며, 위의 운동성을 감소시킨다.
  • 모틸린: 위장의 운동성을 증가시킨다.
  • 소마토스타틴: 십이지장의 점막 세포와 이자의 델타 세포에서 생성되는 호르몬으로, 다양한 분비 기작을 억제한다.


3. 1. 입

침샘에서는 혀 라이페이스, 침 아밀레이스(프티알린) 및 라이소자임 등을 분비한다.[40][10] 혀 라이페이스는 지질 소화를 시작하고, 침 아밀레이스는 탄수화물 소화를 시작하며, 라이소자임은 세균이나 바이러스에 대해 제한적이고 비특이적이지만 소화에 유익한 살균 기능을 수행한다.[40][10]

3. 2. 위

위에서 분비되는 효소는 위 효소이다. 위는 음식물을 섞고 부수는 기계적 소화와 효소에 의한 화학적 소화에서 중요한 역할을 한다. 위에서 생성되는 주요 효소는 다음과 같다.

  • 펩신은 주요 위 효소이다. 펩신은 비활성형인 펩시노젠(지모겐)으로 "주세포"라고 불리는 위세포에 의해 생성된다. 그런 다음 펩시노젠은 위산에 의해 활성형인 펩신으로 활성화된다. 펩신은 음식물의 단백질을 펩타이드 단편 및 아미노산과 같은 더 작은 분자로 분해한다. 따라서 단백질의 소화는 입에서 소화가 시작되는 탄수화물과 지질과는 달리 주로 위에서 시작된다.[1]
  • 위 라이페이스: 위 라이페이스는 위의 기저 점막의 주세포에서 분비되는 산성 라이페이스이다. 위 라이페이스의 최적 pH는 3~6이다. 위 라이페이스와 혀 라이페이스는 산성 라이페이스이다. 이들 라이페이스는 알칼리성 라이페이스(예: 이자 라이페이스)와는 달리 효소의 최적 활성을 위한 담즙산이나 보조라이페이스를 필요로 하지 않는다. 산성 라이페이스는 사람 성인의 소화 중에 일어나는 지질 가수분해의 30%를 담당하며, 위 라이페이스는 두 가지 산성 라이페이스 중 대부분을 차지한다. 신생아의 경우 산성 라이페이스가 훨씬 더 중요하며 총 지방분해 활성의 최대 50%를 차지한다.[1]

3. 3. 이자

이자는 이자액을 십이지장으로 분비하여 소화를 돕는다. 이자액에는 다음과 같은 다양한 소화 효소들이 포함되어 있다.[41]

  • 트립시노젠: 불활성 형태의 프로테에이스로, 십이지장에서 엔테로펩티데이스에 의해 활성화되어 트립신이 되면 단백질의 염기성 아미노산 부위를 분해한다.
  • 키모트립시노젠: 불활성 형태의 프로테에이스로, 십이지장에서 엔테로펩티데이스나 트립신에 의해 활성화되어 키모트립신이 되면 단백질의 방향족 아미노산 부위를 분해한다.
  • 카복시펩티데이스: 단백질의 말단 아미노산을 분해하는 프로테에이스이다.
  • 여러 엘라스테이스: 엘라스틴 및 다른 단백질들을 분해한다.
  • 이자 라이페이스: 트라이글리세라이드를 2개의 지방산과 1개의 모노글리세라이드로 분해한다.[42]
  • 스테롤 에스터레이스
  • 포스포라이페이스
  • 뉴클레이스: DNase 및 RNase와 같이 핵산을 분해한다.
  • 이자 아밀레이스: α-결합으로 연결된 포도당 중합체인 녹말과 글리코젠을 분해한다. 사람은 β-결합으로 연결된 포도당 중합체인 셀룰로스를 소화할 수 있는 셀룰레이스가 없다.


이자액 분비는 다음과 같은 호르몬과 신경계에 의해 조절된다.[43]

  • 세크레틴: 십이지장의 S 세포에서 생성되며, 위 유미즙의 높은 산성도에 반응하여 분비된다. 세크레틴은 이자의 췌관세포를 자극하여 탄산수소염이 풍부한 분비액을 생성하게 하고, 샘꽈리중심세포를 자극하여 지모겐이 포함된 분비액을 방출하게 한다.
  • 콜레시스토키닌(CCK): 십이지장의 I 세포에서 생성되며, 지방과 단백질이 많은 유미즙에 반응하여 분비된다. 콜레시스토키닌은 신경 회로를 통해 이자의 샘꽈리중심세포를 자극하여 지모겐 분비를 촉진하고, 쓸개 수축을 유도하여 쓸개즙 분비를 돕는다.
  • 위 억제 폴리펩타이드(GIP): 십이지장 점막 세포에서 생성되며, 다량의 탄수화물, 단백질, 지방산을 함유하고 있는 유미에 반응하여 분비된다. GIP는 위 배출을 줄이는 기능을 한다.
  • 소마토스타틴: 십이지장 점막 세포와 이자의 델타 세포에서 생성되는 호르몬으로, 이자 호르몬을 포함한 주요 호르몬들의 분비를 억제한다.

3. 4. 소장

소장 내벽에는 솔가장자리 효소들이 존재하여 위에서 방출된 유미를 흡수 가능한 입자 형태로 분해하는 기능을 수행한다. 이들 효소는 연동 운동이 일어나는 동안 영양소 분자들을 흡수한다.[45] 소장 내벽의 솔가장자리 효소들은 다음과 같다.

  • 다이펩티데이스 및 아미노펩티데이스를 비롯한 다양한 엑소펩티데이스 및 엔도펩티데이스: 펩톤 및 폴리펩타이드를 아미노산으로 전환시킨다.[45]
  • 말테이스: 1분자의 엿당을 2분자의 포도당으로 분해한다.
  • 락테이스: 1분자의 젖당을 1분자의 포도당과 1분자의 갈락토스로 분해한다. 중동 및 아시아 인구의 대다수는 락테이스가 결핍되어 있다. 락테이스는 또한 나이가 들면서 감소한다. 이러한 젖당불내증은 중동, 아시아 인구 및 고령자에게서 흔히 관찰되며, 복부 팽만감, 복통 및 삼투성 설사로 나타난다.
  • 수크레이스: 1분자의 설탕을 1분자의 포도당과 1분자의 과당으로 분해한다.
  • 기타 이당류가수분해효소

4. 소화 효소와 건강

알파-글루코시데이스 억제제와 알파 아밀레이스 억제제는 계피 등 여러 생약초에서 발견되며, 항당뇨병 약물로 사용된다.[21][22] 생 계피는 항당뇨병 치료 효과를 낼 수 있다고 알려져 있다.[21][22]

일본에서는 소화 효소만으로 구성되거나 제산제, 한방 성분 등이 배합된 위장약이 "소화 이상 증상 개선" 효능으로 판매된다.[33] 미국에서는 농축 판크레아틴이 의약품으로, 기타 소화 효소 제제는 보충제로 판매된다.[37] 유당 불내증에는 락타아제 제제가, 세포병증에는 관련 소화 효소 제제가 연구 중이다.[24]

췌장에서 생산하는 소화 효소의 능력을 넘어서는 음식 섭취나 췌장 기능 부전은 문제를 일으킬 수 있다.[23]

일본에서 국균 유래 소화 효소 알레르기 보고는 30년간 3건에 불과하다.[36]

지용성 가공을 한 소화 효소제는 췌장 외분비 기능 부전이나 지방변증 연구에서 가공하지 않은 소화 효소제보다 사용량을 줄일 수 있었다.[23]

4. 1. 소화 효소 결핍

Lactose intolerance|유당불내증영어은 lactase|락테이스영어 결핍으로 인해 발생하며, 복부 팽만감, 복통, 설사 등의 증상을 유발한다.[24] 한국인의 경우 유당불내증을 겪는 경우가 많다. 이자 외분비 기능부전은 이자에서 소화 효소 분비가 부족하여 발생하는 질환으로, 만성 췌장염, 췌장암, 낭성 섬유증 등이 원인이 될 수 있다.[24][25][26] 대한민국에서는 알코올 남용으로 인한 만성 췌장염이 이자 외분비 기능부전의 주요 원인 중 하나이다.[23]

4. 2. 소화 효소 제제

소화 효소 제제는 소화 불량 증상을 개선하고 이자 외분비 기능부전을 치료하는 데 사용된다. 대한민국에서는 위장약으로 널리 사용되며, 제산제나 한방 성분 등과 함께 배합되어 판매되기도 한다.[33] 이자 외분비 기능부전 치료에는 판크레아틴, 판크레리파제 등의 의약품이 사용된다.[37]

만성 췌장염, 췌장암, 낭성 섬유증, 당뇨병으로 인한 췌 외분비 기능 부전에는 췌장 효소 제제가 치료법으로 쓰이며, 의약품으로 승인되어 있다.[24][25][26] 드문 질병인 낭성 섬유증에는 농축된 판크레아틴이나 판크레리파제가 사용되는데, 일본에서는 리파클레온이라는 상품명으로 2011년부터 처방되고 있다.[37]

고령층의 경우 소화 효소 제제 복용이 영양 상태 개선에 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 있다. 장애를 가진 고령자 93명을 대상으로 한 연구에서, 소화 효소제(비오지아스타제 2000 135mg, 리파아제 AP 30mg, 뉴라아제 90mg 함유)를 복용한 그룹은 혈청 알부민과 HDL 콜레스테롤이 유의하게 상승하여 영양 상태가 개선된 것으로 나타났다.[27]

5. 식물 유래 소화 효소

식충식물은 효소와 산을 이용하여 곤충 등을 분해하여 영양분을 얻는다.[46][47][48] 헬리암포라속(''Heliamphora'') 식물과 같이 일부 식충식물은 소화 효소를 사용하지 않고, 세균을 이용하여 음식물을 분해한다.[49]

일부 식충식물들이 분비하는 소화 효소 및 물질은 다음과 같다.[50]

종류설명
가수분해 과정
에스터레이스가수분해효소의 일종
프로테에이스
뉴클레이스
인산가수분해효소
글루칸가수분해효소
과산화효소
유기 화합물인 요소류
키틴가수분해효소



파인애플에는 단백질 분해 효소인 브로멜라인이 포함되어 있으며, 녹색 키위에는 액티니딘[29]이, 멜론에는 쿠쿠미신이 포함되어 있다.[30] 무즙에는 전분을 분해하는 효소가 포함되어 있다.[31]

6. 역사

세계 최초의 소화 효소 제제는[37] 화학자 다카미네 조키치가 밀기울을 곰팡이로 발효시켜 개발한 타카디아스타제이다[32]. 타카디아스타제는 누룩곰팡이( ''Aspergillus oryzae'')가 생산한 소화 효소로, 아밀레이스나 프로테아제 등 각종 소화 효소가 포함되어 있다[33]. 1895년에 다카미네 조키치는 타카디아스타제를 미국에서 위장약으로 출시했다[32].

1904년에는 영양학자 사에키 마사루가 무의 소화 효소를 "라파누스 디아스타제"로 발견하여 발표했고[34], 대중에게 무즙 이용을 촉구했다고 한다[35]. 1905년에는 나쓰메 소세키의 소설 『나는 고양이로소이다』에 타카디아스타제와 무즙이 등장했다[32][35].

이후 일본에서는 1948년에 맥아 유래의 디아스타제가 발매되었고, 섬유를 분해하는 셀룰레이스 활성이 있는 비오디아스타제(누룩곰팡이 유래[36])도 발매되었다. 또한 캐배진이나 오타이산 등 소화 효소 외의 성분도 포함된 다양한 위장약이 등장했다[37]. 프로테아제 제제인 몰신은 소주용 검은 누룩곰팡이가 생산한다[38]. 1960년대 일본에서는 소화 효소를 포함하는 종합 위장약이 20종 이상 발매되어 일종의 붐이 일기도 했다[39]. 한동안 공백이 있다가 2011년에 판크레리파제가 발매되었다[37].

참조

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[3] 논문 Physiology, Pepsin https://pubmed.ncbi.[...] StatPearls Publishing 2024
[4] 논문 The digestive systems of carnivorous plants http://dx.doi.org/10[...] 2022-05-23
[5] 웹사이트 Enzymes: What Are Enzymes, Pancreas, Digestion & Liver Function https://my.cleveland[...] 2023-08-14
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[14] 논문 Cholecystokinin corticostriatal pathway in the rat: Evidence for bilateral origin from medial prefrontal cortical areas
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[21] 논문 Suppression of the postprandial hyperglycemia in patients with type 2 diabetes by a raw medicinal herb powder is weakened when consumed in ordinary hard gelatin capsules: A randomized crossover clinical trial 2024-10-09
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