[무기질의 기능과 대사]칼슘(Ca)









생물체를 구성하고 있는 원소는 30여 종류가 있으며 이들은 다양한 생화학적, 생리적 기능을 가지고 있다. 이들 원소 중에서 세포 전중량의 90%를 차지하고 있는 것은 O, C, H, N, P, S이고 이외에 Ca, K, Na, Cl, Mg, Fe를 포함시키면 99.9%를 차지한다. 


우주에는 H, O, C, N, He가 대부분을 차지하고 있다. 생물체의 염류조성 비율은 고대 해수 중의 염류조성 비율과 상관성이 있으나 현재의 해수 중의 염류조성 비율과는 다르다. 지구의 지각과 인체에 함유되어 있는 원소 중에서 C, N, P, H, S는 각각 200, 100, 10, 10, 4배 많이 인체에 함유되어 있으며 그들은 생명발생 단계에서 농축된 것으로 생각된다



칼슘의 생리적 기능


칼슘은 체조직 구성성분, 근수축, 효소활성화, 혈액응고 등 다음과 같은 다양한 생리적 기능을 가지고 있다.

1. 뼈와 치아의 구성성분

체내에 존재하는 칼슘의 99%가 인산염, 탄산염, 불화물로서 뼈, 치아에 함유되어 있고 그 외에 혈청(9∼11㎎/㎗), 수액(4.5∼5㎎/㎗), 근육(70㎎%), 신경(15㎎%)에 함유되어 있다. 또 뼈에는 hydroxyapatite [Ca10(PO4)9(OH)2]로서 25%, 치아 에나멜질에 39%, 상아질에 27%의 칼슘이 함유되어 있다. Hydroxyapatite는 OH-, HCO3-, F- 등의 음이온과 교환될 수 있고 collagen을 핵으로 하여 결정을 형성한다. 또 혈청 중에는 osteocalcin이라는 칼슘 결합성단백질이 함유되어 있으며 동맥 등의 연조직의 병적 석회화나 골화과정에 관계한다.

 

2. 근수축작용

근육은 수 ㎝에 이르는 다핵세포인 근세포(근섬유)로 되어 있으며 칼슘은 칼슘pump의 본체인 Ca2+ 의존성 ATP-ase에 의해 근소포체에 축적된다. 신경말단에서 acetylcholine이 분비되면 근세포막에 활동전위가 생기고 이것이 근소포체를 자극하면 Ca2+이 분비된다. 분비된 Ca2+은 actin 섬유상의 troponin C에 결합하여 근육의 수축단위를 자극한다. 


그러면 활주설(sliding filament theory)에 의한 근수축이 일어나기 시작하고 이것과 동시에 myosin 섬유에 의한 ATP의 가수분해가 일어난다. 이때에 생성되는 에너지는 근수축과 Ca2+을 소포체로 흡수하는데 이용된다. Actin 섬유상에 Ca2+이 없어지면 근육은 이완한다. 근육 1g이 1회 수축하면 0.6μmol의 ATP가 소비되며, 이 때 3m㎈의 일과 2m㎈의 열이 발생하므로 화학에너지가 기계에너지로 변환되는 비율은 약 60%이다.

 

3. 모세관 및 세포막의 투과성 조절과 세포의 활성화

칼슘은 세포의 mitochondria에 저장되며 세포막이나 혈관을 수축시키고 세포막의 Na+ 투과성을 감소시키는 작용을 한다. 백혈구의 운동이나 식작용을 증가시키고 림프구의 활성을 높이며 혈소판을 변형시키거나 분비를 촉진시킨다. 



비만세포에서 histamine 등의 분비를 촉진하고 세포간극 접착성물질의 유지에 관계한다. 그리고 세포분열과정에서 chromosome의 이동에 관계하며 호르몬 생산세포가 배출작용(exocytosis)으로 호르몬을 분비할 때 Ca2+은 분비를 촉진하는 작용을 한다.

 

4. 신경전달물질의 분비

화학 synapse에 있어서 신경충동(impulse)에 의해 신경종말의 탈분극이 일어나면 synapse 전막의 calcium channel이 열리고 유입한 칼슘에 의해 칼슘전류가 발생하여 synapse 전막에서 신경전달물질 (acetylcholine)이 배출작용에 의해 분비된다. 또 epinephrine이 세포의 α-수용체에 결합하면 세포는 Ca2+ 흡수를 촉진하여 adenylate cyclase를 억제하고 cAMP를 감소시킨다.

 

5. 신경과 근 흥분성의 정상화

Ca2+는 neuron의 축삭류(軸索流)에 관여한다.

 

6. 혈액응고

칼슘은 활성 thromboplastin의 구성성분으로서 혈액응고기구에서 제 Ⅳ인자로 작용한다. 활성 thromboplastin은 prothrombin을 thrombin으로 바꾼다.

 

7. 효소의 보조인자 또는 효소 부활작용

칼슘 의존성 protease, protein kinase, Ca2+-ATPase, lipase 등의 보조인자이며 생체의 대사에 깊이 관여하고 있다.

 

8. 수정의 정상화

1개의 정자가 난자에 들어가면 Ca2+에 의해 신경충동과 비슷한 활동전위가 생기고 이 자극에 의해 난자 표층과립이 붕괴하면 수정막이 형성되어 다중수정이 방지된다.



칼슘의 대사


칼슘의 흡수는 소장(회장 >공장 >십이지장)에서 일어난다. 1,12-cholecalciferol, vitamin D, 젖당, vitamin C, 단백질 등은 흡수를 촉진시킨다. 또 젖산균 등의 호산성장내세균총이 증가하면 장내 pH가 저하되어 흡수가 촉진된다. Oxalic acid, phytic acid, galacturonic acid, cellulose 등은 칼슘과 난용성의 염을 만들어 칼슘의 흡수를 저해한다. 칼슘이온은 신장에서 요 중으로 배설되고 일부는 땀으로도 배출되며 수유기에는 유즙과 함께 분비된다. 흡수되지 않은 칼슘은 분변으로 배출된다.


칼슘의 혈장농도는 parathormone과 calcitonin에 의해 조절된다. Parathormone(parathyroid hormone; PTH)은 뼈와 신장에 작용하여 Ca2+의 혈장농도를 증대시키고 신장에서의 배설을 저하시키거나 인산염뇨를 일으키는 것으로 인산농도를 저하시켜 Ca : P 비를 1:1로 일정하게 유지한다. 이 호르몬이 과잉분비되면 고칼슘혈증이 되어 급성으로는 다뇨, 만성으로는 결석이 생기며 결핍되면 저칼슘혈증으로 되어 테타니, 신경장해를 일으킨다. 보통 혈장 중의 칼슘 농도는 10㎎/㎗이다. Calcitonin은 parathormone과는 반대로 뼈에 칼슘을 침착시켜 혈장 중의 칼슘농도를 저하시킨다.


칼슘이 결핍되면 소아의 경우는 뼈와 치아의 석회화 지연, 충치, 발육정지, 구루병(rickets) 등이 일어나고 성인의 경우에는 골다공증(골조송증), 테타니, 파상풍 등에 걸리기 쉽게 된다. 신장성 구루병(가족성 저인산혈증성 구루병)은 신장에서 1,25-dihydroxycholecalciferol의 생성이 불충분하여 장관 및 세뇨관에서 인산의 수송에 결함이 있어 일어난다. 


칼슘과잉은 담석, 아테롬성 동맥경화증, 백내장 등을 일으킨다. 칼슘의 필요량은 성인의 경우 800㎎/일이고 임신 4∼9개월과 수유기에는 1.2g/일, 1세 이하의 유유아기에는 360∼540㎎/일, 유년기∼소년기(1∼18세)에는 0.8∼1.2g/일이다. 칼슘은 식이 이외에 탄산염, 젖산염, 글루콘산염, 인산염의 형태로 공급하기도 한다. 






Reactions





댓글 쓰기

0 댓글