- 우리는 3분만 숨을 쉬지 않아도 생명이 위태롭다. 산소의 공급이 중단되기 때문. 그래서 산소가 우리 몸에서 아주 다양한 기능을 하는 것처럼 느껴지지만, 실제로 하는 일은 매우 단순함. 우리에게 실제로 필요한 것은 ATP이고, ATP를 만들기 위해서는 포도당을 분해해야 하고, 분해과정에서 나온 수소이온을 제거하기 위해 산소가 필요할 뿐. 사실 산소는 정말 여러모로 애증의 대상이다. 물질대사의 중간과정에서 활성산소를 만들어 우리를 늙고 병들게 할 뿐 아니라, 물에 거의 녹지 않는 산소를 혈액을 통해 세포 곳곳에 보내는 일이 보통이 아니기 때문이다.
혈액에는 여러 세포가 있는데, 그중에서 적혈구가 가장 많음. 사람의 혈액 1세제곱밀리리터에 적혈구는 약 500만개가 존재. 숫자로는 혈액에 존재하는 세포의 90%가 넘고, 그 부치는 42-46%를 차지. 사람의 몸에 피가 약 5리터 있으므로 적혈구는 약 25조개가 있고, 수명이 120일이니 1초마다 파괴되고 새로 만들어지는 적혈구만 약 250만개다. 그렇게 많은 적혈구가 필요한 이유는 산소가 물에 잘 녹지 않기 때문. 그리고 이 적혈구가 있는 혈액을 몸 전체에 순환시키기 위해 사람의 심장은 1분에 약 70회 뛴다. 1시간에 4200회, 하루로 치면 무려 10만회 이상 움직인다. 산소를 운반하기 위해 우리 몸과 심장은 생각보다 정말 많은 짐을 지고 있는 것이다.
- 1개의 적혈구 안에는 헤모글로빈이라는 단백질이 2억 8천만개 정도 있다. 헤모글로빈마다 산소와 잘 결합하는 철이온이 있어서, 적혈구에는 헤모글로빈이 없는 상태에서보다 산소가 60-65배 더 많이 포집됨. 1개의 적혈구는 약 11억 2천만개의 산소분자를 운반할 수 있다. 그렇게 해서 하루 동안에 우리 몸에 공급되는 산소는 600리터 정도.
만약 산소가 물에 조금만 더 잘 녹거나 산소가 상온에서 액체상태를 유지했다면 우리는 폐를 가질 필요가 없었을 것임. 산소가 필요하다면 산소를 물처럼 한 병 마시거나 음식물과 같이 섭취하면 된다. 폐가 필요없어지고 심장도 그렇게 자주 뛸 필요가 없었을 텐데, 산소가 물에 잘 녹지 않아 우리는 정말 많은 짐을 지게 되었다.
- 아미노산의 시작과 끝이 글루탐산이다.
식물이 아미노산을 만들기 위해서는 뿌리에서 질산이나 암모니아 형태로 질소를 흡수해야 함. 질산으로 흡수해도 식물 내부에서 아질산을 거쳐 암모니아로 변환된다. 이 암모니아를 유기물 형태로 체내에 고정하는 물질이 글루탐산. 암모니아가 글루탐산과 결합하여 글루타민이 되면서 마침내 아미노산의 형태로 질소가 최종 고정되는 것이다. 그리고 다른 아미노산의 합성에 글루탐산으로 포획한 질소가 사용되니, 사실 모든 아미노산의 어머니는 글루탐산인 셈이다.
- 동물의 몸에는 아미노산 등 질소화합물이 분해되어 항상 소량의 암모니아가 만들어짐. 과도한 암모니아는 독성이 있기 때문에 체외로 배출해야 함. 동물은 식품으로 섭취한 질소를 암모니아 형태로 배출함. 질소(암모니아)의 배출형태는 세가지가 있다. 물 속에 사는 어류는 체내에서 생긴 암모니아를 그대로 배출. 암모니아는 기체 중에서 물에 엄청나게 잘 녹는 편이다. 물에서 살지 않는 조류나 곤충은 독성이 약한 요산의 형태로 전환하여 배출함. 마찬가지로 물을 떠나 육상에 사는 동물은 암모니아를 독성이 약한 요소로 전환해 땀이나 오줌으로 배출. 아르기닌은 다른 아미노산에 비해 질소를 추가적으로 3개나 더 갖고 있으며, 아르기닌의 끝부분을 분해하면 요소가 만들어짐. 이 아르기닌은 글루탐산으로부터 만들어진 것이다. 그리고 소변을 통한 암모니아의 배출에 관여하는 효소는 N-아세틸글루타메이트라는 물질에 의해 조절되는데, 이 물질도 글루탐산에 아세틸코엔자임A가 결합해서 만들어진다. 이렇게 육상의 동물들은 글루탐산을 이용해 체내 질소의 균형을 유지. 결국 글루탐산이 몸 안에서 질소이용의 시작부터 마무리까지 책임진다.
한편 요소는 분자 1개에 암모니아 분자 2개가 포함되어 있어서 암모니아(질소)의 저장에도 효과적임. 홍어, 가오리, 상어와 같이 심해에 사는 연골어류는 물속에 살지만 암모니아를 바로 배출하지 않고 요소로 전환하여 비축함. 바닷물의 염도에 대응해 체내 삼투압을 유지하는 수단으로 요소를 쓴다. 홍어를 삭힐 때 나는 그 강력한 냄새는, 바로 체내에 비축했던 요소가 분해되면서 만들어진 암모니아에 의한 것이다.
- 엄마와 아이도 글루탐산을 좋아한다. 임산부는 태반을 통해 배 속에 있는 아이에게 글루탐산을 전달하고, 출산 후에는 모유를 통해 글루탐산을 제공함. 모유에는 20가지 아미노산이 들어 있는데, 그중 글루탐산의 함량이 가장 많다. 특히 단백질 형태로 결합하지 않은 유리 아미노산 중에서는 50% 정도가 글루탐산이다. 상상을 초월하는 양이다. 모유 100밀리리터에는 유리글루탐산이 21.6밀리그램이 들어있는데, 이는 우유의 1.9밀리그램보다 10배 이상 많은 양이다. 아이는 모유의 유리 글루탐산을 맛보며 감칠맛에 익숙해진다. 모유를 먹이던 아이에게 처음으로 모유대신 우유를 주면 잘 먹으려 하지 않는다.
왜 모유에 유난히 유리 글루탐산이 많은지는 아직 확실히 밝혀지지 않았다. 그런데 혹시 그 이유가 엄마의 몸에 글루탐산이 충분히 남아돌기 때문일까? 전혀 아니다. 모유의 글루탐산 함량은 수유 여성이 섭취한 글루탐산과는 상관이 없다고 함. 생화학자 루이스 스테깅크와 조지 베이커에 따르면 모유수유를 하는 여섯명의 산모에게 6그램의 MSG를 캡슐형태로 물이나 죽같은 음식과 함께 섭취하도록 했으나 모유의 글루탐산 함량에는 변화가 없었다. 이건의 실험에 따르면, 소나 양에게 MSG를 먹여도 우유에 포함된 글루탐산의 양에는 변화가 없었다. 방사선으로 표시한 글루탐산을 먹여 그것이 몸속에서 어떻게 변하는지 살펴본 결과, 그 글루탐산은 모두 젖샘에서 구연산으로 전환되어 대사되었고, 우유로는 전달되지 않았다. 우유속 글루탐산은 음식에서 얻어지지 않고, 젖샘에서 따로 만들어진다는 사실이 밝혀진 것이다. 그러니 모유에 글루탐산이 많은 이유는 그것이 남아돌기 때문은 아니며, 엄마는 아이에게 글루탐산을 애써 만들어서 주는 것이다.
- 우유를 발효하여 치즈로 만드는 이유는 간단하다. 치즈를 만드는 과정에서 우유에 있는 수분과 탄수화물(유당)이 많이 제거되고 단백질이 농축되며, 미생물이 발효하는 동안 그 단백질이 분해되어 유리 글루탐산이 증가하기 때문. 우유의 단백질 함량비는 3.6%지만, 치즈가 되면서 수분이 감소하고 단백질 비율이 36%로 증가. 단백질 분해율은 0.2%에서 13.5%로 약 67배 증가하여, 혀로 느낄 수 있는 글루탐산이 600배 증가한다. 그러니 치즈의 감칠맛은 우유와는 비교할 수 없이 높다. 이것이 세상에서 그렇게나 다양한 치즈가 사랑받는 비밀이다.
미생물의 효소로 단백질을 분해하여 감칠맛의 재료를 만드는 일은 생각보다 아주 오래전부터 있었다. 우유의 단백질을 분해한 치즈, 콩의 단백질을 분해한 된장과 간장, 생선의 단백질을 분해한 젓갈이나 어간장이 대표적인 감칠맛 재료다. 사실 단백질을 제대로 발효하기는 어렵다. 하지만 오래전부터 감칠맛에 대한 갈망이 많았기 때문에, 까다롭고 손이 많이 가는 발효식품을 그렇게 다양하게 만들어 먹었던 것. 예전 종갓집 음식맛의 비결은 대부분 까다롭게 발효한 장류에서 나왔다.
- 감칠맛 수용체는 혀에만 있는 것이 아님. 감칠맛은 단순히 혀에서 느끼는 것으로 끝나지 않는다. 글루탐산 수용체는 위와 장과 같은 소화관 및 위장관의 점막에도 존재하여, 영양소의 흡수를 중재하는 것으로 밝혀졌다. 글루탐산이 장에 있는 글루탐산 수용체를 자극하면 미주 전수 신경섬유를 통해 대뇌피질, 기저핵, 시상하부 등 뇌의 여러부분을 활성화함. 이 신호로 소화에 필요한 호르몬, 흡수에 필요한 호르몬 등을 분비하는 신호가 활성화된다. 장에서의 감각이 장-뇌 연결축을 통해 뇌의 무의식 영역으로 전달되어 음식의 섭취에 영향을 주는 것이다. 또한 위와 장에 있는 글루탐산 수용체는 글루탐산이 들어왔을 때 점액을 분비하여 점막을 보호. 이 점액이 헬리코박터 파일로리균 감염에 의한 손상을 막아 위 건강에 도움을 준다는 연구도 있다.
생리학자들에 따르면, 위의 수용체가 글루탐산을 감지하면 단백질 분해효소인 펩신과 위산의 분비를 높이는 신호를 보낸다고 한다. 글루탐산이 위에서의 단백질 소화기작을 활성화하는 것. 그리고 이 글루탐산 신호는 단백질이 풍부한 음식을 먹었을 때 포만감을 느끼도록 하는 데에도 도움을 준다. 이러한 기능들은 우리가 왜 글루탐산의 감칠맛이 풍부한 식재료를 그토록 선호하는지 설명할 수 있다. 게다가 위에 글루탐산이 들어올 때는 반응이 있어도, 다른 아미노산에는 반응이 없다. 즉, 위에서의 단백질(아미노산)의 감각은 전적으로 글루탐산에 의존. 글루탐산이 단백질 감각의 선봉장인 셈이다.
- 글루탐산이 조미료로 사용된 시기는 최근 100년 남짓. 소금이 사용되기 시작한 때가 5000년 전이고, 꿀이나 설탕이 사용된 것도 4000년전, 식초가 사용된 것은 3500년 전이다. 글루탐산으 다른 맛 물질보다 수천년이 더 지나서야 사용되기 시작. 과거에는 감칠맛이 풍부한 맛있는 음식은 아무나 먹을 수 없었다. 감칠맛 성분인 글루탐산을 많이 만들어내는 과정은 쉽지 않았다. 장을 담그기도 어렵고, 치즈도 쉽게 만들 수 있는 것은 아니다. 해물이나 육류를 우려내서 육수를 만들려면 많은 시간과 연료가 필요. 결국 감칠맛이 나는 음식은 충분한 여유가 있는 극소수의 사람이나 즐길 수 있엇고, 굶주림조차 해결하기 어려웠던 사람들에게는 그림의 떡일 수밖에 없었다.
- 뇌는 어떻게 에너지를 통제할까? 대표적으로 인슐린을 이용하는 방법이 있다. 혈관에 에너지원(포도당)이 넘쳐서 뇌가 충분히 사용하고 남을 정도가 되면, 뇌는 췌장에 인슐린을 만들도록 명령하여 다른 세포도 포도당을 사용하도록 한다. 하지만 혈중 포도당 농도가 낮을때는 인슐린 생성을 막아서 다른 세포의 포도당 사용을 저지한다. 포도당 사용권리를 자신이 거의 독점하는 셈. 뇌는 포도당을 주 에너지원으로 사용한다. 사람이 하루에 섭취하는 포도당 약 200그램 가운데 무려 65%를 뇌 혼자서 소비한다.
어찌 보면 우리는 뇌 때문에 당뇨에 걸리기 쉬운지도 모른다. 뇌세포의 포도당 펌프는 인슐린이 없어도 무조건 작동한다. 그래서 혈액에 있는 포도당을 바로바로 가져와서 에너지원으로 사용. 하지만 체세포의 포도당 펌프는 인슐린이 있어야만 잠금이 풀려서 작동할 수 있다. 뇌세포에게 항상 충분한 포도당을 제공하기 위해, 체세포의 포도당 펌프는 훨씬 복잡하게 만들어진 것이다. 그래서 인슐린이 제대로 만들어지지 않거나 인슐린의 신호를 받아들이는 체계가 손상되면 당뇨병에 걸린다. 다행히도 뇌는 평소에 포도당을 독점하는 대신 혈액의 글루탐산을 에너지원으로 쓰는 데에는 전혀 관심이 없다. 그것은 체세포의 몫으로 남겨둔다.
- 글루탐산이 흥분독소라는 주장과 비슷하게, 세로토닌의 95%는 장에서 만들어지므로 장이 건강하지 못하면 세로토닌이 부족해서 우울해진다는 주장도 있다. 바보같은 소리다. 뇌는 독립적인 기관이고, 뇌가 쓰는 신경전달물질은 전부 뇌가 알아서 만든다. 뇌에 세로토닌이 많으면 행복을 느끼겠지만, 장에 세로토닌이 많으면 행복이 아니라 설사를 유발. 장에서 세로토닌은 행복 호르몬이 아니고 장운동 호르몬이다. 한 실험에서는 선충에게 유해한 음식을 제공하면 세로토닌이 과도하게 분출되는 것으로 나타났다. 세로토닌은 역겨움과 관련된 호르몬이며, 유해한 음식을 제거하기 위해 세로토닌이 분출된 것임. 그런데 뇌는 혈뇌장벽으로 통제되어 독립적으로 작동하므로 원래 역겨움의 호르몬인 세로토닌을 행복호르몬으로 쓸 수 있다. 글루탐산이 흥분성 신경전달물질이니 MSG를 먹으면 흥분독성이 나타날 수 있다는 주장은, 세로토닌이 행복호르몬이니 그것이 장에 많으면 행복해질 수 있다는 주장과 동일. 하지만 세로토닌이 많아봤자 설사를 일으킬 가능성만 높아짐.
결국 글루탐산이든 세로토닌이든 특정물질의 의미를 이해하고자 한다면, 그 물질이 그 자체로 어떤 기능을 한다는 생각은 빨리 버리는 것이 좋다. 우리가 주목해야 할 것은 전체적인 시스템이다. 시스템을 보지 않으면 같은 오해가 반복해서 생겨난다. 예를 들면, 가끔 후각 수용체가 피부에서 발견되었다는 기사를 보곤 하는데, 사람들은 이를 우리가 피부로도 냄새를 맡는다고 오해. 우리는 후각 수용체가 모두 코에 있을 것으로 생각하지만, 우리 몸에는 생각보다 다양한 부위에 후각수용체가 있다. 심지어 코에는 없고 다른 곳에 있는 후각 수용체도 있다. 후각 수용체는 처음부터 코를 위해 만들어지지 않았으며 온몸에서 화학물질을 감각하기 위해 만들어짐. 단지 그 수용체가 지금은 주로 코에 있고, 코에 있는 수용체는 냄새를 맡는 역할을 하므로 후각수용체라고 불리는 것이다.
글루탐산 수용체도 마찬가지. 글루탐산 수용체는 입에 존재하여 감칠맛을 감각하지만 뇌에도 있고, 오히려 입보다 뇌에 비교할 수 없이 많다. 그런데 아무도 뇌로 감칠맛을 맛본다고 하지 않는다. 게다가 글루탐산 수용체는 위에도 있고 장에도 있다. 전부 같은 수용체지만, 장소에 따라, 어떤 시스템에 속하는가에 따라 그 역할이 완전히 달라지는 것이다. 수용체는 특정한 형태의 분자나 자극을 감각하여 신호를 전달하는 역할을 할뿐, 자신이 후각을 담당하는지 피부감각을 담당하는지 통증을 담당하는지 쾌감을 담당하는지 전혀 모른다. 후각 수용체가 코 말고 다른 곳에서 발견되었다고 해서 그곳에서도 냄새를 맡을 수 있을 것이라는 상상은 빨리 버릴수록 좋다.
- 아질산은 생명의 전 지구적 거대 순환게 중 하나인 질소순환계의 핵심적 중간물질. 거의 3000년 전부터 사용되었는데, 아질산에 대한 걱정은 아직도 많다. 아질산은 햄이나 소시지 등 가공육에 붉은 색을 돌게 하는 식품첨가물인데, 사람들은 이것을 발색제라고 하면서 음식을 먹을 때 가장 조심해야 하는 합성색소라고 한다. 그런데 사실 아질산은 워낙 단순한 분자라서 색을 내주는 기능이 없다. 단지 헤모글로빈의 산화에 의한 갈변을 억제하는 능력이 있을 뿐이다.
포피린 분자의 중심에 철이 있으면 헤모글로빈이 되는데, 헤모글로빈은 철과 결합한 분자에 따라 색이 달라진다. 산소와 결합하면 적색이고, 산화질소와 결합하면 분홍색, 물과 결합하면 갈색이 됨. 문제는 갈색이다. 붉은 색 고기를 가열하면 철과 산소의 결합이 쉽게 풀어져 그 자리를 물이 차지하고 색이 갈변된다. 갈변된 고기를 선호하는 사람은 별로 없다. 고기의 갈변을 방지할 방법을 찾던 중 발견된 것이 바로 아질산. 유럽에서는 햄이나 소시지를 만들 때 짠맛을 내기 위해 암염을 사용했는데, 암염은 고기의 색을 붉게 유지시켰으며 보존성도 높여주었다. 그 암염에 미량의 아질산이 포함되어 있었기 때문. 식육제품에 아질산을 사용하기 시작한 때는 기원전 9세기경으로, 호메로스의 서사시에 최초로 아질산을 사용한 기록이 있으며 고대 로마시대에도 사용한 기록이 있다.
헤모글로빈의 철에는 질소보다 산소가 더 강하게 결합하며, 산소보다 일산화탄소, 시안, 산화질소가 더 강력하게 결합한다. 헤모글로빈에 아질산을 첨가하면 산화질소로 분해되고, 산화질소가 철과 강력하게 결합하여 고기의 선홍빛을 안정적으로 유지. 아질산을 발색제라고 하는데 실제 작용하는 물질은 산화질소이며, 하는 일은 색을 만드는 것이 아니라 헤모글로빈의 산화에 의한 갈변을 막는 것. 문제의 핵심은 산화에 의한 갈변이므로 비타민C와 같은 항산화제를 써도 일정부분 효과가 있다. 아질산은 발색제라기보다 헤모글로빈 산화억제제라고 해야 정확하다. 아질산은 식물의 강력한 영양분이고 그 양이 많지 않으면 두려워할 대상이 아닌데, 그것이 들어간 햄, 소시지 등에 대한 비난은 대단했다.
- 식이섬유가 칭찬을 받는 이유는 우리 몸이 원시시대의 먹거리에 적합하게 설계된 그대로이기 때문. 예전 음식에는 소화가 안 되는 식이섬유가 너무 많았다. 지금보다 4배 이상. 우리 몸은 그런 먹거리를 잘 소화할 수 있도록 만들어졌는데, 현대에 들어와서 갑자기 식이섬유가 너무 적은 식사를 하면서 문제가 발생. 섬유소 부족으로 대변이 장내에 정체되는 시간이 너무 길어졌고, 장내 미생물 종류와 대사가 변하고 영양소를 과하게 흡수하는 등의 문제가 발생한 것.
식이섬유는 소화가 안되는 부분이 많아 다른 물질의 흡수를 물리적으로 방해함. 그것이 과잉섭취를 줄이는 효과는 있겠지만, 그렇다면 차라리 음식을 적게 먹는 것이 좋다. 식이섬유를 지나치게 많이 먹으면 철, 칼슘, 아연, 마그네슘 같은 미네랄과 비타민의 흡수도 방해됨. 식이섬유는 장내 세균을 증식시켜 가스팽만, 복통 등을 유발할 수 있다. 식이섬유가 장운동을 촉진한다고 알려져 있지만, 식이섬유를 아무리 많이 먹어도 물이 부족하면 변이 오히려 단단해져서 변비가 악화될 수도 있음. 식사는 소화가 잘되는 음식을 적당히 먹는 것이 바람직하며, 다이어트에 도움이 된다는 이유로 식이섬유로 소화를 억제하는 것은 그리 바람직하지 않다.
- 옛날에는 음식물에 식이섬유가 과하게 많았고 소화문제가 지금보다 심각했다. 그래서 따뜻한 쌀밥이 최고였다. 따뜻하다는 것은 전분이 호화되어 효소가 쉽게 작용하여 잘 소화된다는 뜻이고, 흰쌀밥은 소화가 잘 안되는 현미 부분이 많이 제거된 밥이다. 밀가루는 쌀보다 단백질이 많은데, 이 단백질은 전분을 감싸서 호화하기 힘든 형태를 만들기도 한다. 그래서 옛날 사람은 밀가루 음식을 소화하기 힘들어했다. 사실 단백질은 소화가 쉽지 않은 영양분이다. 구성하는 아미노산의 종류도 다양하고 둘둘 뭉쳐진 구조나 다른 단백질과 결합하여 이룬 나선구조를 일단 풀어야 하기 때문. 위에서 1차 분해되고 소장에서 2차분해되어 그 구조가 풀리고 아미노산 형태로 완전히 분해되어야 흡수할 수 있다. 단백질이 바로 분해되지 않다보니 생기는 문제도 많다. 어떤 사람은 밀의 단백질인 글루텐이 장내 염증을 일으키고 소화장애, 피부장애, 처닉, 비염, 두통 등을 일으킨다고 함. 그래서 점점 글루텐 프리 제품이 많이 출시되고, 매년 그 시장이 성장하고 있음. 글루텐 때문에 발생하는 대표적 질환으로 셀리악병이 있다. 셀리악병은 일종의 자가면역 질환으로 완전히 소화되지 않은 글루텐이 소장점막을 자극해 염증을 유발. 미국인 1%가 이 병을 앓고 있으며, 우리나라에는 셀리악병 환자가 거의 없다.
단백질에 의한 알레르기 문제도 심각. 알레르기는 영유아의 6-8%, 성인의 1-2%가 경험. 난류, 우유, 메일, 땅콩, 대두, 밀, 고등어, 게, 새우, 돼지고기 등 20종 이상의 원재료는 알레르기를 일으키는 물질을 포함하고 있으므로, 식품을 만들 때 반드시 주의문구를 표시해야 함. 알레르기는 두드러기, 가려움증, 천식 등 다양한 증상을 일으킬 뿐 아니라 심하면 쇼크로 목숨을 앗아갈 수도 있음. 미국에선 연간 200명 이상이 알레르기로 생명을 잃음. 만약에 단백질이 빠르게 분해되어 흡수된다면 이런 문제가 없었을 텐데, 분해속도가 느리고 완벽하게 분해되지 않는 경우도 많아 이런 문제가 발생함.
최근 스티븐 건드리 교수는 플랜트 패러독스에서 문제를 일으키는 단백질로 렉틴에 주목. 렉틴은 식물이 동물과의 싸움에서 스스로를 방어하기 위해 만든 단백질 복합체. 식물의 씨앗, 낱알, 껍질, 잎에 든 렉틴은 식물을 소비한 포식자 몸속의 당질 복합체와 결합함. 건드리 교수에 따르면 렉틴은 곰팡이, 곤충 등의 세포표면에 달라붙어 세포들 사이의 메시지 전달을 방해하거나, 독성이나 염증성 반응을 유발한다고 함. 그래서 건드리 교수는 건강에 좋다고 알려진 통곡물이 오히려 건강에 나쁘다고 주장. 몇천 년 전에 분쇄기술로 밀을 비롯한 곡물의 섬유질 조직을 제거할 수 있게 된 이래, 특권계급은 흰빵을 먹었다는 것을 증거로 내세운다. 통곡물로 만들어진 갈색빵은 소작농들에게 주어졌다. 통곡물은 섬유질을 벗겨낸 곡물보다 렉틴함량이 많아 소화가 잘 안된다. 그래서 아시아인은 오래전부터 힘들여서 현미의 외피를 벗겨 하얗게 만든 후 먹어왔다. 그의 주장에는 과장도 많다. 하지만 적어도 건강에 좋다는 이유로 무작정 현미 같은 통곡물을 고집할 필요는 없으며, 기본적으로 소화가 잘 되는 음식이 좋은 음식이라는 점을 기억할 필요가 있다.
- 쥐는 93%의 유전자가 인간과 일치하고 대사나 노화과정에 인간과 유사하여 실험동물로 가장 많이 쓰임. 그런데 쥐 중에서 30년(인간기준 800년)을 사는 쥐가 있다. 바로 벌거숭이 두더지쥐.
이산화탄소 농도, 암모니아 농도, 산성도가 높으며 산소는 희박한 땅굴속에서 이 쥐는 오히려 장수함. 피부를 염산으로 문질러도 끄떡없고 통증도 느끼지 않음. 보통 생쥐나 들쥐의 수명이 3년 정도인데 비해 이 쥐는 30년가까이 산다. 인간의 노화와 장수, 통증과 질병을 연구하는 과학자들의 관심이 집중된다.
벌거숭이두더지쥐는 자연에서 암에 걸린 개체가 발견된 적이 단 한번도 없다. 일반적으로 설치류에게 암은 아주 흔한 질병이며, 어떤 종은 암으로 죽는 개체가 90%에 이른다. 미국 로체스터대 연구진은 이 쥐의 폐와 피부에 있는 세포가 분열하는 양상을 분석하여 특별한 점을 찾아냄. 세포가 7-20번 분열했을 때쯤 배양하던 세포들이 동시에 죽어버리는 현상이 발생한 것. 세포가 갑자기 늘어나자 이를 암에 의한 이상증식으로 생각한 세포들이 인터페론 베타라는 자살 호르몬을 일시에 분비하여 집단자살을 택한 것. 인간을 포함한 다세포 생물에는 어떤 세포에 이상이 생기면 그 세포에 자살명령을 내리는 인터페론 베타와 같은 신호물질과 그것을 감지하는 죽음 수용체가 있다. 보통 다른 동물들은 이상이 생긴 특정 세포에만 신호를 보내는 반면, 벌거숭이두더지쥐는 그 세포 주변의 모든 세포를 죽여 암세포가 될 모든 싹을 싹둑 잘라버리는 독특한 면역체계를 가진 것으로 해석.
일리노이대 토머스 파크박사가 이끈 연구진은 벌거숭이두더지쥐를 포함한 여러 쥐들을 무산소실에 넣는 실험을 했다. 다른 쥐들은 1분도 안되어 숨을 거두었지만, 벌거숭이두더지쥐는 그렇지 않았다. 심박이 분당 200회에서 50회로 줄어들더니 금세 의식을 잃었지만 죽은 게 아니었다. 18분이 지난뒤 일반적인 공기에 노출되자, 완전히 회복되어 정상으로 돌아옴
2012년에는 산소가 부족한 환경에서도 벌거숭이두더지쥐가 끄떡 없는 원인의 일부가 밣혀짐. 바로 칼슘 차단능력 때문. 칼슘은 우리 몸에 필수적인 미네랄이지만, 농도가 너무 높아지면 치명적임. 뇌에 산소가 고갈되면 뇌세포는 칼슘유입을 조절하는 능력을 잃고, 세포 안으로 다량의 칼슘이 들어오면서 큰 타격을 받는다. 하지만 벌거숭이두더지쥐는 산소가 희박해도 칼슘통로를 차단하여 이런 치명적 손상을 피함. 인간도 신생아때는 이런 능력이 있지만 나이가 들며 없어짐.
대사속도가 느리다는 점 또한 이 쥐가 장수하는 비결로 보임. 벌거숭이두더지쥐는 체온이 섭씨 30도로 매우 낮다. 그래서 어떤 학자는 이 쥐를 변온동물로 표현할 정도. 물론 벌거숭이두더지쥐는 포유동물이므로 항온동물이다. 밤낮의 기온차가 큰 사막에서 살아남기 위해 벌거숭이두더지쥐는 일정한 습도와 온도가 유지되는 땅속을 삶의 본거지로 선택했다. 체온이 낮으면 대사가 줄고, 대사가 줄면 음식을 많이 먹을 필요도 없어져서 음식의 부작용도 적게 생기므로 오래 살 수 있다.
- 우리가 노화와 죽음과 관련된 지금의 한계를 넘어서려면, 가장 근본적인 질문부터 새롭게 해야 할 것 같다. 어떻게 하면 불로장생할 수 있는가라고 고민하기 전에 우리는 죽음이란 무엇인가를 다시 생각해야 함
우리 몸은 잠시도 쉬지 않고 ATP를 소비한다. 그 양이 무려 하루에 50키로 정도. 이런 ATP를 합성하는 발전소가 미토콘드리아다. 세포 내 미토콘드리아의 수는 상황에 따라 증감하며, 신체가 노화하면 그 수도 줄어든다. 미토콘드리아는 한 개의 세포에 평균 1000개 정도 있으며, 세포 부피의 12-25%를 차지. 미토콘드리아의 수명은 세포와 달리 길지 않아서 10일이 지나면 절반이 죽기 때문에 항상 새로 만들어져야 함. 미토콘드리아의 숫자는 세포의 요구에 따라 달라지며, 역으로 세포의 운명을 좌우하는 힘도 갖고 있다. 미토콘드리아는 세포의 자살 프로그램(apoptosis)을 조정한다.
모든 세포의 내부에는 단백질 분해효소의 일종인 카스파제가 있다. 평소에는 불활성 상태로 철저히 통제되어 있지만, 자살명령을 받아 몇 개만 활성화되어도 상황이 완전히 달라짐. 연쇄반응이 일어나 점점 더 많은 카스파제가 가담하여 서로 작용을 증폭함으로써 세포를 순식간에 죽음으로 몰고간다. 카스파제는 세포의 재무골격을 해체하고, 핵 속의 단백질을 잘게 자르고, DNA복구 시스템도 망가뜨린다. 세포는 자살명령을 받은 지 몇 시간도 채 안되어 완전히 녹아버리고 대식세포나 주변의 다른 세포에 흡수된다. 세포에는 죽음수용체가 존재하며, 자살명령에 의해 분비된 호르몬이 이 죽음의 스위치를 누르면 카스파제가 활성화된다.
면역세포도 이런 죽음의 스위치를 사용. NK세포(natural killer cell)는 세균이나 암세포 등을 죽이는 핵심 면역세포임. 이 세포에는 특별한 능력이 있다. 표적세포에 있는 죽음 수용체를 눌러 막강한 적을 순식간에 소멸시킴. 죽음수용체는 일부분이 세포 표면으로 삐죽이 돌출되어 있고 나머지 부분은 세포 내부에 고정되어 있음. NK세포가 이 돌출부를 자극하면, 세포 내부에 화학반응이 연쇄적으로 일어나 카스파제가 범람하게 된다.
- 왜 다세포생물은 애써 죽음의 스위치를 만들어 놓았는가? 우리는 이런 질문을 해야 장수의 실마리를 찾을 수 있다. 그리고 이 죽음의 스위치가 작동하지 않아도 또 다른 큰 문제가 발생할 수 있다. 바로 암이다. 암은 손상된 세포가 자살명령을 받아들이지 않고 버티는 데서 시작됨. 그러니 죽음이란 역동적인 생명현상의 하나로서, 암과 같은 질병을 퇴치하기 위한 생명의 발명품인 것이다.
- 채소가 몸에 좋은 이유는 채소에 많은 파이토케이컬이 항산화작용을 하기 때문이라는 이야기가 많다. 식물은 수천가지 화학물질을 만드는데, 그 중에 항산화제로 쓰일만한 유용한 성분이 있다는 것. 하지만 실제로 그 성분이 의미있는 항산화작용을 하려면 평소보다 수백-수천배를 더 먹어야 함. 그래서 요즘은, 파이토케미컬이 좋은 스트레스를 주기 때문에 채소가 몸에 좋다고 말하기도 함. 파이토케미컬의 상당히 많은 성분이 산화 스트레스를 일으키거나 DNA에 돌연변이를 일으키는 위험한 성분인데, 그 성분들이 미량이라면 오히려 몸에 좋은 작용을 한다는 주장. 많은 양의 일산화탄소는 호흡을 마비시키는 치명적인 독이지만, 적은 양이면 폐기능을 향상키시는 것과 같은 원리.
독성물질의 이런 작용을 호르메시스라고 함. 미량의 독소는 단순히 해롭지 안흔 정도가 아니라 오히려 건강에 좋을 수도 있다. 여러 실험에서 열충격, 방사선 조사, 산화촉진, 음식량의 제한 등 가벼운 스트레스를 주면 건강에 이로운 반응이 나타남. 운동도 호르메시스의 좋은 예다. 운동을 아주 많이 하는 사람은 매우 높은 산화 스트레스로 인해 해롭지만, 적절한 운동은 몸을 확실히 건강하게 한다. 단식도 그렇다. 식사는 생존에 필수적이지만, 간헐적 단식을 하면 배고픔을 느낀 신체의 여러 방어기제가 활성화되어 건강에 도움이 된다.
- 방사선은 지극히 위험하지만 저선량의 방사선은 무해하가너 오히려 건강에 도움이 된다는 주장도 있다. 다른 지역보다 자연방사능이 10배이상 높은 이란의 람사르 지역이나 브라질 몇몇 지역에서도 암 발생률은 다른 지역과 다르지 않았다. 방사선이 위험한 이유는 대부분 물분자가 감마선에 의해 깨져서 불안정한 활성산소가 나오기 때문. 그런데 여기서 나오는 활성산소도 소량일 때는 세포가 글루타티온을 합성하는 항산화시스템을 활성화해서 건강에 도움이 된다고 함.
- 식사량을 줄이면 수명이 늘어난다는 연구는 정말 많다. 식사량을 줄이면 효모 등 미생물은 수명이 3배 늘어나고, 파리는 2배, 생쥐는 1.5배 정도 늘어남. 하지만 고등생물로 갈수록 소식의 효과는 떨어지며, 영장류에게도 이 효과가 나타나는지 증명하기는 쉽지 않다. 다만 암 발생의 3분의 1 정도가 음식과 관련되어 있다고 추정하기도 한다. 지나치게 짠 음식, 태운 고기와 생선, 동물성 지방의 과다한 섭취가 암을 일으키는 요인. 식사량을 줄이면 이런 음식들도 덜 섭취할 수 있을 것임.
소식, 즉 열량제한의 가장 큰 이점은 활성산호의 생성을 줄일 수 있다는 점. 섭취 열량을 제한하면 미토콘드리아 세포막이 강화되어 안에서 만들어진 자유라디칼이 덜 누출되며, 미토콘드리아 수가 늘어나 생체시계가 젊음으로 되돌아간다는 주장도 있음. 노화를 억제하려면 결국 활서산소의 양을 적정한 수준으로 유지해야 함. 그래서 많은 항산화제가 수명연장수단으로 각광받았으나 별다른 효과를 보지는 못했다. 그래서 지금까지는 소식이 검증된 유일한 장수법이다.
- 우리 몸에는 오히려 산소를 별로 좋아하지 않는 세포도 있음. 바로 암세포다. 암세포의 가장 큰 특징은, 효율이 낮은 무산소호흡으로 에너지를 얻기 때문에 엄청나게 많은 포도당을 소비한다는 것. 무산소 호흡으로 많은 야으이 젖산이 부산물로 생기는데, 이 젖산이 독으로 작용해서 이웃한 정상세포를 방해함. 암세포는 혈관을 통해 산소를 원활히 공급받기 힘든 상태인 경우도 많으며, 산소를 이용해 호흡할 때 만들어지는 활성산소는 암세포에게도 치명적인 독이 된다. 암세포가 산소를 잘 이용하지 않는 데에는 나름 충분한 이유가 있다.
인간은 항온동물인 데다가 특히 뇌가 커서 칼뢰를 많이 소비. 생존을 위해서는 많은 음식을 먹어야 하며, 같은 양의 음식을 먹더라도 거기서 최대한 많은 ATP를 생산해야 함. 산소를 이용해서 고효율루 ATP를 얻었지만, 동시에 활성산소라는 굴레에 빠지게 됨. 사실 인간은 이 활성산소에 나름 잘 대처했다. 그래서 40세까지는 어지간하면 별 문제없이 노화와 질병에 잘 버틴다. 사실 인간은 탁월하게 오래 사는 편. 포유동물 중에서 인간보다 오래 사는 동물은 없다. 다른 포유류를 기준으러 하면 인간의 생물학적 수명은 40세 정도였을 것이다. 그런데 지금 한국인의 평균수명은 80세를 넘겼다.
