가지사슬 아미노산

3. 합성

5가지 효소(트레오닌 탈수소효소, 아세토하이드록시산 생성효소, 케토산 환원이성질화효소, 다이하이드록시산 탈수소효소, 아미노기전이효소)가 류신, 아이소류신, 발린의 병렬 합성 경로에서 중요한 역할을 한다.^[43] 트레오닌 탈수소효소는 트레오닌의 2-케토뷰티르산 및 암모니아로의 탈아미노화 및 탈수를 촉매한다. 아이소류신은 트레오닌 탈수소효소와 함께 음성 피드백 루프를 형성한다. 아세토하이드록시산 생성효소는 두 단계에서 축합 반응을 수행하는 병렬 경로의 첫 번째 효소이다. 즉, 발린 경로에서 피루브산을 아세토아세트산으로 축합하고 아이소류신 경로에서 피루브산과 2-케토뷰티르산을 축합하여 아세토하이드록시뷰티르산을 생성한다. 다음으로 케토산 환원이성질화효소는 이전 단계의 아세토하이드록시산을 환원시켜 발린 경로와 아이소류신 경로 모두에서 다이하이드록시산을 생성한다. 다이하이드록시산 탈수소효소는 다음 단계에서 다이하이드록시산을 전환시킨다. 병렬 경로의 마지막 단계는 최종 생성물인 발린과 아이소류신을 생성하는 아미노기전이효소에 의해 수행된다.^[43] 2-옥소아이소발레르산으로부터 류신을 생성하려면 일련의 4가지 효소(아이소프로필말산 생성효소, 아이소프로필말산 이성질화효소, 아이소프로필말산 탈수소효소, 아미노기전이효소)가 더 필요하다.^[43]

4. 분해

가지사슬 아미노산의 분해에는 가지사슬 α-케토산 탈수소효소 복합체(BCKDH)가 관여한다. 이 복합체의 결핍은 단풍시럽뇨병을 유발하며, 과도한 활성은 가지사슬 케토산 탈수소효소 키네이스 결핍증을 유발한다. 관련된 효소로는 가지사슬 아미노산 아미노기전이효소와 3-메틸-2-옥소뷰탄산 탈수소효소가 있다. 가지사슬 α-케토산 탈수소효소 복합체는 가지사슬 아미노산을 아실-CoA 유도체로 전환하고, 후속 반응을 거쳐 시트르산 회로에 들어갈 수 있는 아세틸-CoA 또는 석시닐-CoA로 전환된다.^[60]

4. 1. 단풍시럽뇨병

5. 세포 신호전달

대부분의 아미노산은 간에서 산화되지만, 가지사슬 아미노산은 주로 골격근 및 기타 말초 조직에서 산화된다.^[44] 쥐의 횡격막 근육 생장에 대한 가지사슬 아미노산의 투여 효과를 테스트한 결과, 가지사슬 아미노산 혼합물만이 아미노산 완전 혼합물과 동일한 생장 효과를 가지며, 가지사슬 아미노산을 제외한 모든 아미노산 혼합물은 쥐의 횡격막 근육 생장에 영향을 미치지 않는다는 결론을 내렸다.^[62] 아이소류신 또는 발린 단독 투여는 근육 생장에 영향을 미치지 않았지만, 류신 단독 투여는 가지사슬 아미노산 완전 혼합물만큼 효과적인 것으로 나타났다. 류신은 p70-S6 키네이스 1를 간접적으로 활성화하고, 번역 개시에서 mRNA에 필수적인 eIF4F 복합체의 조립을 자극한다.^[62] p70-S6 키네이스 1은 mTOR 신호전달 경로의 일부이며, 적응성 비대 및 쥐 근육의 회복을 허용하는 것으로 나타났다.^[63]

휴식 시 단백질 주입은 주입 시작 30분 후 단백질 합성을 자극하고, 추가로 90분 동안 상승된 상태를 유지한다.^[64] 휴식 시 류신을 주입하면 골격근에서 p70-S6 키네이스 1의 인산화에 의해 6시간 동안 자극 효과가 지속되며 단백질 합성이 증가한다.^[64] 저항 운동 후 가지사슬 아미노산 투여 없이 저항 운동을 하면 mTOR 인산화에 영향을 미치지 않으며, 심지어 Akt 인산화를 감소시킨다. p70-S6 키네이스 1의 일부 인산화가 발견되었다. 트레이닝 세션 후에 가지사슬 아미노산을 투여했을 때 p70-S6 키네이스 1와 S6의 충분한 인산화가 신호전달 캐스케이드의 활성화를 나타낸다.^[64]

6. 제2형 당뇨병에서의 역할

세포 신호전달 외에도 mTOR 경로는 인슐린 분비를 유도하는 β 세포(베타 세포)의 생장에도 역할을 한다.^[65] 혈액 내의 높은 농도의 포도당은 류신이 간접적인 역할을 하는 mTOR 신호전달 경로의 과정을 개시한다.^[63][66] 포도당, 류신 및 기타 활성인자들의 조합은 mTOR이 β 세포의 증식 및 인슐린 분비에 대한 신호전달을 개시하도록 한다. 더 높은 농도의 류신은 mTOR 경로에서 과활성을 유발하고 S6 키네이스가 활성화되어 세린의 인산화를 통해 인슐린 수용체 기질의 억제를 유도한다.^[65][66] 세포에서 mTOR 복합체의 증가된 활성은 궁극적으로 β 세포가 인슐린을 방출하지 못하게 하고 S6 키네이스의 억제 효과가 세포에서 인슐린 저항성을 유도하여 제2형 당뇨병의 발병에 기여한다.^[65]

메트포르민은 mTOR 경로에 관여하는 단백질을 인산화하는 AMP 키네이스를 활성화할 수 있을 뿐만 아니라 mTOR 복합체가 비활성 상태에서 활성 상태로 진행되도록 한다.^[65] 메트포르민은 mTOR 경로에서 류신에 대한 경쟁적 저해제로 작용한다고 제안되었다.

7. 가지사슬 아미노산 보충제가 운동에 미치는 영향

가지사슬 아미노산(BCAA)은 포도당에 대해 인슐린과 비슷한 작용을 하여 포도당 수치를 낮춘다. 운동 전에 가지사슬 아미노산을 섭취하면 골격근에서 산화되어 운동 중 에너지원으로 사용될 수 있으므로, 간에서 글리코젠 분해를 늘릴 필요가 줄어든다. 무산소 운동 중 포도당 대사로 생성된 피루브산은 젖산으로 전환되는데, 젖산이 축적되면 pH 농도가 6.4까지 낮아지는 대사성 산증을 일으킬 수 있다.^[67] 높은 농도의 젖산은 pH가 더 낮아지는 것을 막기 위해 포도당 대사를 멈추게 한다. 가지사슬 아미노산 보충제는 근육 내 젖산 농도를 낮춰 포도당 대사가 계속되도록 하는 것으로 밝혀졌다.^[68] 이는 간에서 글리코젠 분해 속도를 늦추고, 결과적으로 혈장 내 포도당 농도를 낮춘다. 그러나 혈당 수치에 대한 가지사슬 아미노산의 장기적인 영향에 관한 연구에 따르면, 가지사슬 아미노산을 꾸준히 보충해도 운동 외 혈당 수치에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.^[68]

최근 연구에 따르면 가지사슬 아미노산은 혈액 내 순환하는 유리 지방산의 양을 줄이는 것으로 나타났다.^[68] 유리 지방산은 트립토판과 알부민의 결합 자리를 두고 경쟁하며, 혈중 유리 지방산 농도가 낮아지면 알부민에 더 많이 결합하여 유리 트립토판의 농도 또한 낮아진다. 운동 중에는 뇌로 들어가는 유리 트립토판의 양이 늘어나 피로감을 유발하는 5-하이드록시트립타민(5-HT, 세로토닌)이 증가한다. 가지사슬 아미노산은 혈액 내 유리 지방산 농도를 낮춰 뇌로 들어가는 유리 트립토판의 양을 줄이고, 운동으로 인한 피로감을 줄이는 데 도움을 줄 수 있다.^[69] 뇌에서 트립토판 흡수가 줄어들면 세로토닌의 합성과 방출이 감소한다(쥐 실험 결과).^[70] 세로토닌 감소는 90%에 달할 수 있다. 세로토닌 농도가 낮아지면 피로감은 줄어들지만, 집중력 저하, 충동 조절 어려움, 공격적인 행동, 계획 능력 부족 등을 유발하기도 한다.

가지사슬 아미노산은 뇌에서 티로신의 흡수를 방해하기도 한다(티로신은 트립토판과 같은 방향족 아미노산이다). 티로신 섭취가 줄어들면 뇌에서 카테콜아민의 합성과 방출이 억제된다. 카테콜아민은 신체 기능 향상과 관련이 있다. 카테콜아민과 세로토닌 합성이 동시에 감소하는 것은 가지사슬 아미노산이 신체 활동에 미치는 비교적 중립적인 영향을 설명해준다.

가지사슬 아미노산은 운동 중 발생하는 암모니아의 혈청 농도 증가를 줄이는 것으로도 알려져 있다. 이는 글루타민 합성에 사용되는 암모니아의 양을 늘려 혈액에 암모니아가 과도하게 쌓이는 것을 막는 방식으로 이루어진다.^[68] 뇌의 암모니아 농도가 높아지면 γ-아미노뷰티르산(GABA)와 글루탐산의 농도가 낮아져 중추신경계 피로가 심해진다. 근육 조직의 암모니아 농도 증가는 포스포프럭토키네이스(PFK)의 활성을 높여 근육 피로의 주원인인 젖산을 증가시키기도 한다.^[71]

또한 가지사슬 아미노산 보충제는 운동 후 근육 세포의 크레아틴 키네이스 농도를 낮추는 것으로 나타났다. 크레아틴 키네이스는 근육 손상의 지표이며, ATP로부터 인산기를 전달받아 포스포크레아틴을 생성하는 역할을 한다.^[72] 가지사슬 아미노산 보충은 크레아틴 키네이스의 농도를 낮춰 세포 내 ATP 농도를 높이고 피로감을 줄이는 것으로 나타났다.^[73]

8. 연구

식이 가지사슬 아미노산은 간성뇌증의 일부 사례를 치료하기 위해 사용되었다.^[47] 이들은 간성뇌증의 증상을 완화시키는 효과를 가질 수 있지만, 사망률, 영양, 전반적인 삶의 질에 도움이 된다는 증거가 없기 때문에 추가적인 연구가 필요하다.^[48]

8. 1. 근위축성 측삭경화증과의 관련성

8. 2. 기타 연구 결과

9. 보충제

운동 후 근육 손상을 억제하고 근육 피로와 근육통을 경감시키는 효과가 있다고 알려져 있으며^[38], 보충제로서 판매되고 있다.

참조

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