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어떤물질인가? 피부에 좋은가?
닭 날개, 소의 힘줄, 돼지뼈 수프, 아교질이 많은 생선 등 콜라겐이 풍부한 식품은 피부와 뼈, 관절 등에 좋다는 말이 있는데 실제로는 어떨까? 콜라겐이란 어떤 물질이며, 몸 속에서 어떤 작용을 할까?

  콜라겐이라고 하면 피부의 탄력에 관계한다고 해서 미용 분야에서 자주 등장하는 물질이다. 피부 아래에 있는 '진피'에 풍부하게 들어있으며 피부의 탄력을 만들어 낸다. 노화가 진행되면 콜라겐을 합성하는 양이 줄어드는데, 이것이 주름살을 늘어나게 하는 원인의 하나가 된다.
  콜라겐을 함유한 화장품도 있다. 그러나 콜라겐의 기능에 정통한 일본 국립건강영양연구소의 이시미요시코박사는 이렇게 말한다. "피부에 바름으로써 보습 효과를 기대할 수 있다고 해도, 콜라겐 자체가 피부 표면에서 그대로 흡수되지는 않는다."

인체 단백질 가운데 약 30%를 차지한다.
  원래 콜라겐은 '단백질'의 일종이다. 인체에는 10만 종류나 되는 단백질이 존재하는데, 콜라겐은 그 가운데 가장 양이 많다. 인체의 단백질 가운데 약 30%나 차지하고 있다.
  콜라겐은 세포와 세포 사이를 채워 넣는 성분(세포 밖 메트릭스)의 주요 구성요소이다. 콜라겐 분자는 실 같은 구조를 하고 있으며, 그것이 여러 개 모여 '콜라겐 섬유'를 만들어 인체의 여러 가지 조직을 지지(支持)한다. 그리고 콜라겐에는 세포의 증식을 돕는 작용 등도 있다.
  콜라겐 전체의 약 40%는 피부에 존재한다. 의외일지 모르지만 뼈와 연골에도 콜라겐이 많이 들어 있는데, 전체의 약 20%에 이른다. 나머지는 혈관이나 힘줄, 여러 가지 장기 등에 있다.
  "뼈는 콜라겐이 미네랄(인산칼슘)이 침착(沈着)해 만들어진다. 뼈를 철근 콘크리트에 비유하면, 철근이 콜라겐이며 콘크리트가 미네랄에 해당한다. 튼튼한 뼈를 만들려면 칼슘도 중요하지만 단백질을 섭취하는 일도 중요하다." 이시미 박사의 설명이다. 실제로 단백질의 섭취량이 줄어든 고령자는 골절이 잘 일어난다고 한다.

콜라겐 중의 필수 아미노산은 아주 미미
  콜라겐을 포함한 단백질은 모두 20종의 '아미노산'으로 이루어져 있다. 세포핵 속에 있는 DNA(디옥시리보핵산)의 유전 정보를 바탕으로, 여러 가지 아미노산이 세포 안에서 순서대로 염주를 꿰듯 이어짐으로써 단백질이 합성된다.
  콜라겐의 경우 '글리신' '프롤린' '히드록시프롤린' 등의 아미노산이 주된 구성 요소이다. 히드록시프롤린은 앞서 이야기한 20종의 아미노산이 아니라, 아미노산의 염주꿰기가 끝난 뒤 프롤린에 히드록시기(-OH)가 붙은 것이다.
  콜라겐에는 필수 아미노산(몸 속에서 합성되지 않아 음식물에서 섭취해야 하는 아미노산)이 아주 조금밖에 들어 있지 않아, "원래 영양가는 낮다."(이시미 박사)고 한다. 더군다나 콜라겐은 소화되기 어려운 성질을 가지고 있다. 콜라겐을 만드는 아미노산은 다른 음식에서도 섭취할 수 있다. 그래서 이시미 박사는 "정상적인 식생활을 하고 있다면 콜라겐의 '재료 부족'이 되는 경우는 아마 없을 것이다."고 말한다.
  콜라겐 분자를 만드는 데 반드시 필요한 히드록시기를 프롤린에 붙이는 반응에는 비타민 C를 빼놓을 수 없다. 비타민 C가 극단적으로 부족하면 피부와 점막 등에서 쉽게 출혈하는 '괴혈병'이 되거나 뼈가 물러진다. 이는 콜라겐이 정상적으로 합성되지 않기 때문이다. 비타민 C는 콜라겐 합성에 꼭 필요한 영양소이다.

콜라겐 분자가 '풀리면' 젤라틴으로
  콜라겐 분자는 분자량이 약 30만이며, 아미노산으로 만들어진 세 가닥 사슬이 나선구조를 이루고 있다. 콜라겐 분자의 삼중 나선 모델을 제안한 사람 가운데 한 사람은, 제임스 왓슨 박사와 함께 DNA의 이중 나선 구조를 발견한 것으로 유명한 프랜시스 크릭 박사이다.
  콜라겐 분자의 세 가닥 사슬은 열을 가하면 풀어져 한 가닥이 된다. 이것이 젤리 등을 만드는 끈적거리는 느낌을 내는 '젤라틴'이다. 다시 젤라틴을 분해하면 분자량이 수천인 '콜라겐 펩티드'가 된다. 콜라겐 펩티드는 건강 식품의 재료로 사용된다.

콜라겐은 몸 속에 뿔뿔이
  콜라겐의 섭취는 피부, 뼈, 관절 등에 얼마나 효과를 발휘할까?
  음식물에서 섭취한 콜라겐이 그 자체로 흡수되어 몸 속에서 재이용되는 것은 아니다. 섭취된 단백질은 모두 소화효소로 뿔뿔이 분해되어 작은창자에서 흡수되며, 최종적으로 홑원소물질인 아미노산의 형태로 핏속에 들어온다. 그 후 아미노산을 재료로 해서, 앞서 말한 구조로 여러가지 단백질이 합성된다.
  그러나 이시미 박사에 다르면, 콜라겐의 경우 아미노산이 2개(디펩티드) 또는 3개(트리펩티드) 이어진 형태로 핏속에 들어가는 경우가 있다고 한다.
  "최근 세포 실험이나 동물 실험에 의해, 디펩티드 등이 골아세포(뼈를 형성하는 작용을 하는 세포)나 연골 세포 등의 증식을 촉진하는 작용을 가졌을 가능성이 제기되었다. 그러나 사람의 경우에 어떠한 효과를 가졌는지는 아직 알려져 있지 않다."(이시미 박사)
  단백질의 대표격인 콜라겐에도 피부에 대한 영향을 포함해 그 기능에는 아직 수수께끼인 부분이 많이 있다. 앞으로의 연구가 더욱 필요한 부분이다.

2008년 6월 스웨덴과 일본의 연구팀은 보통의 종이 소재인 셀룰로오스와 물로 쇠보다 강한 박막(薄膜)을 개발했다고 발표했다. 양 끝을 잡아당길 때 철판을 잡아당기는 경우에 비해 변형이 잘 되지 않고, 찢어지는 경우도 없었다. 셀룰로오스는 식물이 물과 이산화탄소만으로 만들어내는 물질이다. 강하면서도 자연계에서 분해되는 새로운 소재를 소개한다.

  석유에서 만드는 플라스틱은 비닐 봉지와 페트병 등 여러가지 용도로 이용된다. 이들 플라스틱은 형태와 탄력성을 조정할 수 있지만, 자연계에서 분해되지 않는다는 문제가 있다. 그래서 주목되는 것이, 식물이 물과 이산화탄소에서 만들어내는 '셀룰로오스'이다. 셀룰로오스는 강하고 긴 사슬모양의 분자이지만, 자연계에서 분해되는 소재이다.
  생물이 만들어낸 셀룰로오스 분자를 늘어세우는 방법을 바꾸어 그 강도와 신축성을 조절한다. 예컨대 키가 큰 삼나무를 수십 년 동안이나 지탱하는 한편, 바람이 불때 버드나무는 유연하게 ㅎ느들리게 할 수 있다. 그리고 아세트산균의 일종이 만드는 셀룰로오스는 99배나 되는 부피의 수분을 함유할 수 있다. 이것은 나타 데 코코(nata de coco)라는 식품에 이용된다.
  스웨덴 왕립공과대학의 라르스 베릴룬드(Lars Berglund) 교수팀은 셀룰로오스의 섬유와 물을 사용해 쇠보다 강한 '나노페이퍼'를 개발했다고 미국의 과학잡지 <Biomacromolecules> 2008년 6월 13일호에 발표했다. 실용화되면 보강 재료로 쓰이는 등 새로운 종이 사용 방법이 실현된다고 한다.

만드는 방법은 보통의 종이와 같다
  "나노페이퍼는 보통의 종이와 같은 재료이며, 그리고 거의 같은 방법으로 만들어졌다." 공동 연구자인 일본 고베대학의 니시노 다카시 교수의 말이다.
  종이는 이렇게 만들어진다. 먼저 나무를 물에 풀어 셀룰로오스의 섬유 다발을 꺼낸다. 섬유를 물 속에서 분산시킨 뒤 반듯한 발 같은 것에 흘려 넣은 뒤 물을 빼낸다. 그러면 마구 겹친 펄프가 남고, 건조시키면 1장의 종이가 된다.
  종이를 찢어 단면을 빛에 비추면 미세한 섬유가 보푸라기처럼 보인다. 이 섬유가 종이의 원료이며 나무의 세포벽에서 얻어진 펄프이다. 굵기는 20~30㎛(마이크로미터 : 마이크로는 100만분의 1) 정도이며, 인간이 볼 수 있는 한계의 굵기이다.
  니시노 교수는 "펄프에 비해 나노페이퍼의 섬유는 비교가 되지 않을 정도로 가늘다."고 말했다. 베릴룬드 교수 등은 이 펄프를 다시 1000분의 1 이하로 풀어 굵기 3~30nm(나노미터 : 나노는 10억분의 1)정도의 섬유 '나노피브릴(nanofibril)'로 만들었다. 이 나노피브릴로 종이를 만들면 나노페이퍼가 생긴다.

찢어질 계기를 주지 않는다.
  베릴룬드 교수 등은 소재를 잡아당기는 힘에 대해 찢어지거나 늘어나지 않고 견딜 수 있는지의 '강도'를 측정했다. 나노페이퍼는 주조된 쇠보다 강한 힘에 견딘 뒤 툭 잘라졌다. 왜 섬유를 가늘게 했을 뿐인데 강해질까?
  보통의 종이에 힘을 걸면 모여 있던 펄프끼리의 틈새에 힘이 집중되고 거기서부터 풀어지면서 찢어진다. 이때 펄프 자체는 끊어지지 않는다. 한편 나노페이퍼의 경우는 nm 단위로 나노피브릴이 모여있기 때문에, 틈새도 작아 커다란 힘이 일부에 집중하는 경우가 없다. 그 결과 나노피브릴 자체가 끊어질 때까지 잡아당기는 힘에 견딜 수 있는 것이다. 나노페이퍼는 '강도'에 특화한 소재이다. 한편 니시노교수는 단단한 셀룰로오스와 늘어나는 셀룰로오스 소재를 조합시켜 단단하면서도 점성이 강한 재료를 만들고 있다.

오리너구리의 게놈은 파충류나 조류의 특징을 가졌다
  오리너구리는 알을 낳고 새끼를 모유로 기르는 파충류와 포유류의 특징을 모두 가진 동물로 알려져 있다.
  인간 등의 포유류는 파충류에서 파생했으리라고 생각된다. 그 진화 과정을 탐구하는 데 가장 중요한 생물로 오리너구리의 화석이나 생태가 연구되고 있다.
  미국 워싱턴 대학을 중심으로 한 국제연구팀은 오리너구리의 게놈(전 유전정보 1세트)을 해독하고, 다른 포유류나 파충류 등의 게놈과 비교했다.
  그 결과, 오리너구리의 게놈은 80% 이상은 다른 포유류와 유사했다. 복부에서 분비되는 모유의 단백질은 생쥐나 개 등 다른 포유류와 같았다고 한다. 한편 수컷이 가진 독은 파충류와 비슷하며, 성별을 결정하는 성염색체는 조류의 성염색체와 비슷하다는 사실도 밝혀졌다.
  연구자들은 오리너구리의 게놈 정보가 포유류의 진화를 연구하는 데 귀중한 데이터가 될 것이라고 말햇다.

Article of Newton 2008.09 Originated in Nature