무기염류

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분류

1. 개요
2. 분류
2.1. 다량 무기질
2.2. 미량 무기질
2.3. 불확실


1. 개요[편집]

무기염류(無機鹽類)는 인체에 필요한 무기화합물들의 총칭이다. Mineral. 광물질(鑛物質), 또는 무기질(無機質), 회분(灰分)이라고 부르기도 한다.[1]

인체의 구성 성분이며, 단백질·지방·탄수화물·비타민과 함께 5대 영양소의 하나이다. 인체 내에서 여러 가지 생리적 활동을 조절하는데 참여하고 있다. 미량으로도 충분하지만, 무기염류가 아예 없거나 부족하면 각종 결핍증을 유발한다. 무기물이니 당연히 체내에서 합성되지 않으므로, 외부에서 섭취해야 한다.[2]

무기염류는 칼슘(Ca)·인(P)·칼륨(K)·나트륨(Na)·염소(Cl)·마그네슘(Mg)·철(Fe)·아이오딘(I)·구리(Cu)·아연(Zn)·망간(Mn)·크로뮴(Cr)·바나듐(V)·몰리브데넘(Mo) 등 많은 수가 존재한다.


2. 분류[편집]

무기질은 필요량에 따라 다량 무기질과 미량 무기질의 두 종류로 분류할 수 있다. 다량 무기질은 말 그대로 많이 섭취해야 하는 무기질이고, 미량 무기질은 조금 필요한 무기질이다. 구체적으로 다량 무기질은 100mg 이상을 섭취해야 하는 무기질을 말하고, 미량 무기질은 100mg 미만을 섭취해야 하는[3] 무기질이다. 다량 무기질은 주요 무기질이라고도 한다.


2.1. 다량 무기질[편집]

체중의 약 2%를 차지하며, 그 대부분이 인산칼슘의 형태로 뼈와 이(齒)의 성분을 이룬다. 이밖에 타액[4], 혈장 중에 약간 존재하며 근육 및 신경의 기능조절, 혈액응고에 필수적이다. 칼슘이 부족하면 구루병이 생기거나 근육운동의 부조화가 일어난다.
부갑상선 호르몬은 혈장 중의 칼슘 농도를 정상으로 유지시키는 작용이 있다. 그래서 부갑상선을 제거하면 혈장 내 칼슘 함량이 내려가 테타니라고 하는 특수한 경련을 일으켜 사망한다.

체내 약 0.1%를 차지하며 칼슘과 함께 뼈에 함유되어 있다. 마그네슘은 근육과 신경의 기능을 유지하고, 에너지를 발생시키며 단백질 합성의 촉매로 작용한다. 칼슘, 칼륨, 나트륨 등 다른 무기염류의 대사에도 영향을 미치므로 마그네슘이 체내에 부족시 질병에 걸리거나 기존의 질병이 악화될 수 있다. 마그네슘은 녹색 야채, 호두·땅콩과 같은 견과류, 정제하지 않은 곡물 등에 많이 들어 있다.

세포 외액에는 적지만 세포 내에는 다량 존재하며, 세포기능에 중요한 역할을 한다. 혈장 중의 칼륨은 근육 및 신경의 기능조절에 필요하고 이것이 너무 저하되면 근육마비를 일으킨다. 채소류에 많이 함유되어 있으며, 보통 매일 2∼3%를 취하면 결핍을 일으키는 일은 없다.

보통 나트륨에 수반하여 체내에 분포하며, 위액의 염산으로서 분비된다. 칼슘과 함께 아밀레이스의 보결족으로써 포함되어 있다. 식염으로서 나트륨과 함께 섭취되어 대사도 거의 나트륨과 같다. 한국인은 매일 10∼20g 이상의 식염을 섭취하고 있다.

칼륨과 반대로 세포 내에는 적고 세포 외액에 주로 존재하며, 삼투압(渗透壓)을 바르게 유지한다. 음식에는 보통 식염의 형식으로 섭취되어 소변으로 배설되지만, 식염의 섭취가 없으면 즉시 신장에서의 나트륨 배설이 정지되어 결핍은 일어나지 않는다. 그러나 땀이 심하게 날 때에는 식염분이 땀과 함께 대량 상실된다. 그러므로 식염을 충분히 보충하지 않으면 나트륨 상실을 초래하여 혈압저하, 근육경련 등의 장애를 일으킨다.

단백질 대사의 필수요소로서 메티오닌, 시스테인 등 일부 아미노산의 성분이다. 이 중 메티오닌은 필수 아미노산이다.

칼슘 다음으로 체내에 많다. 그 대부분은 인산칼슘으로서 뼈와 이(齒)에 존재하고 나머지는 인(燐)지질·핵산[5]으로서 모든 조직을 구성한다. 또 생물체 내의 물질대사에 기본적으로 중요한 역할을 한다. 음식물 속의 인산화합물은 소화에 의해 무기인산염이 되어 흡수된다. 무기인산염이 되어도 흡수되는 것은 2분의 1 정도다. 영양 소요량으로서 1인 1일당 1g으로 되어 있으나, 한국인은 곡물을 많이 먹기 때문에 1.3g으로 약간 과다하게 섭취하고 있다.


2.2. 미량 무기질[편집]

다음 원소들은 인체 내에서 극미량이 존재하지만 결핍 시 분명히 결핍증이 발생하는 필수적인 원소들이다.
3가 크로뮴 이온은 인슐린의 대사에 관여한다. 모자랄 경우[6] 심각한 내당능 장애, 체중 감소를 일으킨다.[7] 성인 남성 기준으로 매일 30~35 마이크로그램을 섭취해야 한다. 반면 6가 이온은 치명적인 유해물질이다.

몇몇 조효소에 존재하며 주영양소 대사, 뼈 형성, 항산화기작에 관여하는 등 중요한 단백질들의 구성성분으로 인체 내에서 기능한다. 평균적으로 인체에 12mg의 망간이 존재하며, 대부분은 뼈에 집중되어 있다. 그 외에는 간과 신장에 존재하며 뇌에 존재하는 성상세포의 글루타민 합성효소에도 필요한 원소이다.

체내의 절반 이상이 적혈구인 헤모글로빈의 성분으로서 산소 운반에 관여한다. 창자에서 흡수하는 것은 무기철염이고, 2가철염(二價鐵鹽)이 3가철염보다 흡수는 좋으나, 어느 쪽이든 흡수율은 몇 %에 불과하다.
그러나 출혈에 의한 빈혈, 성장기 등에서는 수요가 커서 흡수율도 좋아진다. 태아는 출산 전에 간에 철을 저장해 둔다. 하지만 수유기간이 너무 길면 철 저장이 고갈되어 빈혈을 일으킨다. 성인의 필요량은 1일 10mg 정도이며, 출혈성 질환·월경개시기·임신·출산·성장기에는 수요가 높아져 음식의 종류에 주의하지 않으면 결핍되기 쉽다.

코발트는 비타민B12의 구성성분으로서 인체 내에서 기능한다. 비타민B12는 인체 내에서 DNA합성 및 아미노산과 지방의 대사에 관여하는 등 매우 중요한 역할을 수행하기에 결핍 시 큰 문제를 일으킨다.

구리는 미토콘드리아의 Cytochrome C 산화효소에서 필수적인 요소이다. 즉, 구리는 생명체의 기본적인 에너지원인 세포호흡에 있어 핵심적인 역할을 한다는 것이다. 또한 철분 흡수에도 관여하기에 결핍 시 빈혈이 생길 수 있다.

300여개의 효소과 1000여개의 DNA 전사인자에 포함되어 기능하는 매우 중요한 원소이다. 인체에서 평균적으로 2~4g 정도를 차지한다.

항산화효소인 글루타티온 환원효소의 구성성분이며, 갑상샘 호르몬의 활성 및 비활성 기작에도 관여한다. 또한 수은을 미량이나마 해독하는 기능도 있다.

인체에서 몰리브데넘이 포함된 것으로 밝혀진 효소는 총 4개로 아황산염 산화효소, 크산틴 산화효소, 알데하이드 산화효소[8] 그리고 미토콘드리아 아미독심 환원효소이다. 몰리브데넘이 신체에서 차지하는 비율은 0.07 mg / kg 이라고 한다. 치아에도 미량 존재하여 에나멜질을 보호한다.

갑상선 호르몬의 구성성분이다. 바다에서 떨어진 내륙지방에서는 아이오딘의 결핍으로 갑상선 기능이 마비되어, 지방병성 갑상선종이 다발한다. 아메리카 내륙의 주(州)에서는 법령으로 식염에 아이오딘염(鹽)을 혼입시켜 질병을 예방하고 있다. 한국인은 아이오딘이 풍부한 해조류를 먹고, 음료수에도 아이오딘이 함유되어 있어서 아이오딘 결핍 현상이 적다.


2.3. 불확실[편집]

다음은 인체 내에서 무언가 역할을 하는 것으로 추정되지만 명확히 밝혀지진 않은 원소들이거나, 최소한의 역할이 밝혀졌지만 결핍 시 문제가 된다는 것은 증명되지는 않은 원소들이다.
고작 리튬이온(Li+)이 매우 효과적인 조울증 치료제[9]로 쓰이는 등 인체에 뭔가 중요한 역할들을 도맡고 있다는 것은 거의 확실하지만, 대체 정확히 얘네가 뭘 하는지는 알려진 게 거의 없다. 조울증 치료를 목적으로 리튬을 복용한 환자들에게서 텔로미어가 부분적으로 회복되고 세포들의 미토콘드리아 활성도가 증가하는 효과 역시 보고되어있다. 반대로 과하면 중독증[10]도 발생하는데 이 모든 현상의 메커니즘이 전혀 밝혀진 것이 없다.

인간을 포함한 동물에게서 생화학적으로 중요한 역할을 수행하는 것으로 생각되지만 구체적으로 밝혀진 생리학적 기능은 없다. 붕소 섭취량을 늘린 뒤 소변을 통한 칼슘 배출량이 줄어들고 혈중 성호르몬 농도가 증가했다는 보고가 있다.

극미량의 플루오린 이온을 치아에 계속 노출시키면 플루오린과 칼슘, 인산이 Fluorapatite라는 물질로 결합하여 에나멜질을 강화시키는 기능이 있다. 오늘날에는 특히 어린이들의 치아에 플루오린을 도포하여 충치를 예방한다. 그러나 오히려 플루오린의 함량이 과다하면 반상치(斑狀齒)라 하여 이(齒)의 표면에 반점이 생기고 약해진다. 상어의 경우처럼 자연적으로 형성되는 경우도 있지만 인체의 경우 치약 등으로 인위적인 노출을 시키지 않는 한 저절로 Fluorapatite가 형성되지 않으므로 무기염류로 분류하기에 애매한 면이 있다.

규소가 골밀도를 증가시키고 골다공증 개선에 도움을 주며 엘라스틴 및 콜라겐 합성 과정에 필요하다고 알려져있다. 또한 손톱과 체모를 만드는데에도 필요하다. 다만 규소라는 것이 애초에 너무 흔해 결핍되는 환경이 사실상 성립되지 못하는 관계로 규소가 결핍 시 문제가 발생하는 필수적인 무기염류인지는 증명되지 않았다.

닭과 쥐에서 실험을 한 결과 결핍 시 성장이 느려지고 생식능력이 저하된다는 결과가 있다. 하지만 인체에서도 동일한 현상이 발생하는지는 밝혀지지 않았다.

니켈이 건강에 도움을 주긴 하는 것으로 보이지만, 인체 자체가 필요로 하기보다는 장내 유익균이 필요로 하는 무기염류로 생각되고 있다. 그러므로 사람의 기준에서 이걸 필수 미네랄로 보아야하는지는 애매하다. 여담으로 사람이 섭취하는 니켈 상당량은 요리 과정 중 스테인리스 주방기구에서 녹아나온 것이다.

비교적 최근 콜라겐의 합성에 필수적인 역할을 한다는 것이 밝혀졌다. 해당 메커니즘을 브로민 대신 염소도 수행할 수는 있으나, 효율[11] 면에서 브로민이 압도적으로 유리하다.

칼슘과 유사한 화학적 성질로 인해 신체에 흡수된 뒤 뼈에 칼슘과 같은 역할로서 축적된다. 보통 인체에 중요한 역할을 하는 무기염류와 화학적 성질이 비슷한 원소는 맹독인 경우가 많은데[12] 스트론튬은 다행히 그렇진 않으며, 평균적으로 뼈에 칼슘:스트론튬 비율이 1000:1~2000:1 정도 된다. 다만 말 그대로 유사칼슘이기에 결핍이 된다고 해서 문제가 될 가능성이 낮으므로 무기염류로 분류하긴 애매하다.


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[1] 회분. ash라는 용어를 쓰는 이유는 식품을 태웠을 때 재로 남는 성분이 이 무기염류이기 때문이다.[2] 사실 합성되면 더 이상하다. 홑원소 물질을 체내에서 합성하면 그건 상온핵융합이 된다.[3] 대부분이 중금속인 관계로 해당 용량을 넘어가면 중독 증상을 보인다. 대표적으로 크로뮴.[4] 대표적인 효소인 아밀레이스에 보결족 형태로 존재한다.[5] DNA, RNA 등[6] 좀 더 정확히는 장기간 수액으로만 영양을 섭취한 사람들에게서 나타날 경우.[7] 다만 이는 후속 연구로 인해 의심이 있는 상태이다.[8] 알코올을 분해하는 데에 관여한다. 특히 숙취를 일으키는 것으로 생각되는 아세트알데히드를 분해한다.[9] 탄산리튬[10] 신경계 및 콩팥 손상[11] 정확히는 반응의 자발성[12] 대표적으로 인과 성질이 비슷한 비소나 칼륨과 성질이 비슷한 탈륨이 있다.

관련 문서