콜라겐(collagen)이란?
콜라겐(collagen)구조와 종류
콜라겐(collagen)은 인체의 다양한 조직의 구조와 기능을 유지하는데 중요한 역할을 하는 중요한 단백질로 있으며 교원질(膠原質) 또는 아교질이라고 부르기도 합니다. 콜라겐(collagen)은 젤라틴(gelatin)의 전구체로 있으며 젤라틴에 불순물이 섞인 것을 아교라고 합니다.
콜라겐(collagen)은 인체에서 가장 풍부한 단백질로 전체 단백질 함량의 약 25-35%를 차지하며 피부, 머리카락, 손톱, 뼈, 근육, 힘줄, 인대의 주요 구성 요소로 작용하여 강도와 탄력성 및 구조를 형성합니다.
콜라겐(collagen)은 주로 글리신(glycine, Gly), 프롤린(proline, Pro)/하이드록시프롤린(hydroxyproline, Hyp), 라이신(lysine, Lys)/하이드록시 라이신(hydroxylysine, Hyl) 등 아미노산(amino acid)으로 구성된 섬유 단백질로 이 아미노산들은 세 개의 폴리펩타이드(polypeptide) 사슬을 형성하여 서로 얽혀 삼중 나선(triple helix) 구조를 형성하여 콜라겐에 독특한 강도와 유연성을 부여합니다. 특히 하이드록시프롤린(hydroxyproline)은 콜라겐의 안정성과 강도에 기여합니다. 여기에는 최소 28가지 유형의 콜라겐이 확인되었으며 인체에서 가장 일반적인 유형은 5가지로 있고 인체 콜라겐의 90% 이상이 I형 및 III형 콜라겐입니다.
* 1형 콜라겐
피부, 뼈, 힘줄 및 인대에 존재하며 힘과 탄력을 제공합니다. 피부에는 약 90%, 뼈에는 약 20%, 힘줄에는 약 80%를 콜라겐이 차지하고 있습니다. 피부 유지 및 건강을 위해서는 I형 콜라겐을 섭취해야 합니다.
* II형 콜라겐
연골의 50%를 차지하는 주요 구성 요소로 관절에 탄력과 지지력을 제공합니다. 관절과 연골 건강을 위해서는 II형 콜라겐을 섭취하는 것이 좋습니다.
* III형 콜라겐
피부, 근육, 혈관 및 내부 장기에서 발견되며 조직 탄력성과 유연성에 기여합니다.
* IV형 콜라겐
기저층에 존재하며 세포층을 지지합니다.
* V형 콜라겐
모발 및 손톱에 존재하며 다양한 조직에서 소량으로 발견되며, 종종 I형 콜라겐과 함께 발견됩니다.
동물성 콜라겐 중 어류 콜라겐이 소나 돼지 콜라겐보다 체내에 1.5배 이상 더 효율적으로 흡수되기 때문에 생체 이용률이 우수하다고 할 수 있습니다.
최근에는 식물성 콜라겐이 판매되고 있습니다. 동물성 콜라겐과의 궁극적인 차이는 하이드록시프롤린(Hyp)에 있습니다. 동물성 콜라겐에는 하이드록시프롤린(Hyp)이 약 14% 이상 함유되어 있는 반면 식물에는 극소량 함유되어 있기 때문에 식물성 콜라겐은 체내에서 콜라겐 생성을 위한 활성이 낮습니다.
또한 콜라겐의 활성은 하이드록시프롤린(Hyp)이 글리신(Gly)과 결합되어 있어야만 제대로 작용하는데 식물에 들어있는 소량의 하이드록시프롤린은 글리신(Gly)이 아닌 세린(Serine, Ser)과 결합된 형태가 많습니다. 그래서 식물 자체에는 동물성 콜라겐과 같은 삼중 나선(triple helix) 구조를 가진 콜라겐이 존재하지 않습니다.
피부구조와 구성성분
피부는 크게 2개 층으로 되어 있으며 위층을 표피(epidermis)라 하며, 아래층을 진피(dermis)라 합니다. 표피의 각질층(straturm corneum)에는 세라마이드(ceramide) 성분이 약 50%로 있습니다. 세라마이드는 피부 장벽을 강화하고 수분을 유지하며 환경적 손상으로부터 피부를 보호하는 등 피부 건강에 필수적인 성분입니다.
피부 속 깊은 진피층에는 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid)이라는 물질이 존재하고 있습니다.
- 콜라겐(collagen)
단단한 강성 단백질로 피부 진피층을 지탱해 주는 골조와 같은 기능을 합니다.
- 엘라스틴(elastin)
신축성 있는 탄성단백질로 콜라겐들이 서로 흐트러지지 않게 단단히 묶어주는 끈과 같은 역할을 합니다.
- 히알루론산(hyaluronic acid)
진피 속에서 콜라겐 사이에 존재하며 수분을 공급합니다. 히알루론산은 자신의 무게에 최대 1000배의 수분을 함유하는 물질로 히알루론산이 있어야 수분을 유지할 수 있습니다.
피부관리 측면에서의 표피의 주 기능은 보습입니다. 피부에 있던 수분이 빠져나가면서 콜라겐, 엘라스틴, 히알루론산이 파괴되고, 이것들이 줄어들면 피부 노화를 상징하는 주름이 늘어나게 됩니다.
* 피부 4대 성분
세라마이드(ceramide), 콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid)
* 피부(진피) 3대 성분
콜라겐(collagen), 엘라스틴(elastin), 히알루론산(hyaluronic acid)
인체에서 콜라겐(collagen)의 대사작용
콜라겐(collagen)은 결합 조직의 섬유아세포 세포에 의해 합성됩니다. 그 과정은 콜라겐 유전자가 메신저 RNA로 전사되는 것으로 시작되며, 그 후 프로콜라겐(procollagen) 사슬로 번역됩니다. 이러한 사슬들은 하이드록실화(Hydroxylation)와 글리코실화(Glycosylation)를 포함한 번역 후 변형을 거쳐 삼중 나선(triple helix) 구조로 조립됩니다.
하이드록실화(Hydroxylation)는 하이드록실기(수산기, -OH)를 유기 화합물에 도입하는 화학 과정을 말합니다. 먼저 세포에서 프롤린(proline, Pro)의 하이드록실화에 의해 하이드록시프롤린(hydroxyproline, Hyp)의 생성으로 시작됩니다. 이 과정에서 하이드록시프롤린이 잘 생성되기 위해서는 비타민 C가 필요합니다. 하이드록라이신((hydroxylysine, Hyl)도 이와 동일한 과정을 거쳐서 생성됩니다.
이어서 프로콜라겐(procollagen)에 글리코실화(Glycosylation)가 일어납니다. 글리코실화는 프로콜라겐(procollagen) 단백질에 포도당(glucose)이나 갈락토오스(galactose) 등의 당이 붙는 과정을 말합니다.
그런 다음 프로콜라겐은 세포 외 기질로 분비되어 프로콜라겐 펩티다제에 의해 양쪽 끝이(N-말단과 C-말단) 절단되어 성숙한 콜라겐을 형성하고, 이 콜라겐은 섬유와 섬유로 결합하여 구조적 지지를 제공합니다.
콜라겐(collagen)의 효능
나이가 들면서 우리 몸은 자연스럽게 콜라겐 생성량이 줄어들어 주름, 처진 피부, 관절 뻣뻣함과 같은 노화 징후가 눈에 띄게 나타납니다. 이러한 감소는 콜라겐 보충제의 섭취로 필수 단백질 저장소를 보충하고 젊은 활력을 회복할 수 있습니다.
피부 건강에는 I형 콜라겐을, 관절 건강에는 II형 콜라겐을 섭취하는 것이 좋습니다. 어류 콜라겐이 소나 돼지 콜라겐보다는 체내에 흡수가 매우 잘 되고, 콜라겐 크기가 작을수록 즉, 500 달톤(dalton, Da) 이하가 흡수가 잘 됩니다. 건강 보충제로서 콜라겐만 섭취하는 것보다는 엘라스틴(elastin)과 히알루론산(hyaluronic acid)을 함께 섭취하는 것이 효과가 좋습니다.
◼ 피부 건강
콜라겐은 피부에 구조와 탄력을 제공합니다. 보충제는 피부 수분 공급, 탄력을 개선하고 주름을 줄이는 것으로 나타났습니다.
◼ 관절 건강
제2형 콜라겐은 연골의 주요 구성 요소로 관절을 완충합니다. 보충제는 관절 통증을 줄이고 골관절염 환자의 이동성을 향상시킬 수 있습니다.
◼ 뼈 건강
콜라겐은 골밀도와 강도에 기여하여 뼈의 힘과 유연성에 제공합니다.
◼ 근육량
근육 조직 유지 및 성장에 필요한 필수 아미노산을 제공하며, 저항 훈련과 결합하면 근육량과 근력을 증가시킬 수 있습니다.
◼ 모발 및 손톱 건강
콜라겐은 모발과 손톱의 구조를 지지하여 성장과 근력을 촉진합니다.
◼ 심혈관 건강
콜라겐은 혈관의 구조와 탄력에 기여하여 심혈관 건강을 지원합니다.
◼ 장 건강
장 내벽의 무결성을 유지하고 건강한 소화 시스템을 촉진하는 역할을 합니다. 콜라겐은 장벽을 복구하고 염증을 줄이며 장 건강을 지원하는데 도움이 됩니다.
콜라겐(collagen)과 같이 섭취하면 좋은 영양소와 피해야 할 영양소
함께 섭취하면 좋은 영양소
◼ 엘라스틴(elastin)
콜라겐을 지지하는 스프링 역할로 부족할 경우 콜라겐의 연결이 느슨해지게 됩니다.
◼ 히알루론산(hyaluronic acid)
피부 속에 수분을 저장했다가 보습이 필요한 부위에 전달하기 때문에 수분 유지에 필수 성분입니다.
◼ 세라마이드(ceramide)
피부 장벽을 구성하는 성분으로 피부 수분 증발을 막고 외부로부터 들어오는 유해물질을 차단하여 트러블 발생을 방지합니다.
◼ 비타민C(vitamin C)
콜라겐 합성에 필수적인 비타민 C는 프롤린과 라이신 잔기의 하이드록실화에 보조 인자로 작용하여 콜라겐 구조를 안정화시킵니다.
◼ 구리(Cu)
구리는 콜라겐 가교에 관여하는 효소인 라이실 산화효소의 보조 인자입니다. 구리는 콜라겐 섬유의 강도와 안정성에 기여합니다.
섭취를 피해야 할 영양소
◼ 고농도 당분 식품
높은 설탕 섭취는 고급 당화 최종 생성물(AGEs)의 형성으로 이어질 수 있으며, 이는 콜라겐 섬유를 손상시키고 탄력을 감소시킵니다.
◼ 과도한 알코올
알코올은 신체를 탈수시켜 콜라겐 생성을 방해하고 분해를 가속화할 수 있습니다.
권장 섭취량과 섭취 시 주의사항
1) 권장 섭취량
식품의약품안전처 기준 일일 섭취량: 저분자 콜라겐 펩타이드로서 1.5~3.5 g
2) 섭취 시 주의사항
- 영·유아, 어린이, 임산부 및 수유부는 섭취를 피하는 것이 좋습니다.
- 특정질환(알레르기 체질 등)이 있는 분은 섭취에 주의해야 합니다.
- 이상사례 발생 시 섭취를 중단하고 전문가와 상담하십시오.
요약
1) 콜라겐(collagen)은 인체에서 가장 풍부한 단백질로 피부, 머리카락, 손톱, 뼈, 근육, 힘줄, 인대 등의 주요 구성 요소로 강도, 탄력성 및 구조를 형성합니다.
2) 어류 콜라겐이 육류 콜라겐 보다 체내에 흡수가 잘 되고, 콜라겐 크기가 작을수록 즉, 500 달톤 이하가 흡수가 잘 됩니다.
3) 피부 보습과 탄력성, 주름 개선 및 관절 건강 등에 효능이 있습니다.
4) 일일 섭취량은 저분자 콜라겐 펩타이드로서 1.5~3.5 g 입니다.
관련논문
1) Collagen Structure and Stability, Annu. Rev. Biochem. 2009.
2) Comparing Molecular Weight Dependent Absorption Rates of Collagen in Oral Mucosal and Epidermis/dermis Tissue Models, J. Food Hyg. Saf., 2024.
3) Absorption and Urinary Excretion of Peptides after Collagen Tripeptide Ingestion in Humans, Biol. Pharm. Bull., 2016.
4) Significant Amounts of Functional Collagen Peptides Can Be Incorporated in the Diet While Maintaining Indispensable Amino Acid Balance, nutrients, 2019.
5) Effect of Prolyl-hydroxyproline (Pro-Hyp), a Food-Derived Collagen Peptide in Human Blood, on Growth of Fibroblasts from Mouse Skin, J. Agric. Food Chem., 2009.
6) Identification of a novel food-derived collagen peptide, hydroxyprolyl-glycine, in human peripheral blood by pre-column derivatisation with phenyl isothiocyanate, Food Chemistry, 2011
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