지질에는 크게 두 가지, 지방과 스테로이드가 있습니다. 이 중 스테로이드는 4개의 연결된 탄소고리를 가진 지질을 일컫습니다. 테스토스테론, 프로게스테론과 같은 스테로이드 성호르몬은 올림픽 시즌만 되면 도핑 테스트 때문에 구설에 많이 오르기도 합니다.
오늘 기사에서 알아볼 콜레스테롤은 스테로이드의 일종으로, 스테로이드 호르몬의 기초 재료가 되기도 하며, 동물 세포막의 필수 요소이기도 합니다. 그러나 콜레스테롤은 대부분의 사람들에게 만악의 근원으로 알려져 있습니다. 그 이유는 콜레스테롤의 형태 중 하나인 LDL 콜레스테롤이 동맥경화, 이상지질혈증, 심근경색증, 뇌경색 등의 질병을 불러일으키기 때문입니다.
콜레스테롤이 왜 필요할까?
인간을 포함한 동물 세포에는 콜레스테롤이 반드시 필요합니다. 첫 번째 이유는 바로, 세포막의 유동성을 조절하기 위해서 입니다. 대부분 세포의 세포막은 인지질 이중층으로 이루어져 있는데, 세포가 분열 또는 융합을 하는 과정에서 세포막이 자유롭게 나눠지거나 합쳐지고 세포막에 존재하는 막단백질이 정상적으로 활동하기 위해서는 유동성이 있어야 합니다. 그래서 이것을 설명하기 위해 만들어진 모델인 유동 모자이크 모델은 인지질이중층에 존재하는 분자들이 자유롭게 이동(측면 확산, 굴곡, 회전, flip-flop)할 수 있도록 합니다.
이러한 유동 모자이크 모델은 인지질 사이에 존재해 유동성을 조절하고 유지해주는 역할을 하는 콜레스테롤의 존재를 전제로 합니다.
인지질은 다음과 같이 머리부분은 인산기와 함께 글리세롤이 존재함으로써 친수성을 띠고 꼬리부분은 지방산 2개가 머리 부분(글리세롤)에 각각 결합되어 소수성을 띠고 있습니다.
이 때 결합되어 있는 지방산이 포화지방산이냐 불포화지방산이냐에 따라 인지질 이중층의 유동성이 달라지게 됩니다. 포화지방산이 붙어있는 인지질의 비율을 포화도라고 한다면, 포화도가 높은 곳은 인지질들이 사이에 빈 공간이 적게 붙어있어 접촉 면적이 넓어지면서 분산력이 크게 작용해 유동성이 떨어지게 될 것입니다. 반면에 포화도가 낮으면 불포화 지방산들 간에 빈 공간이 많이 생겨 분자 간 힘이 낮아지며 유동성이 높아질 것입니다.
그러나 만약 온도 변화가 크게 일어나 유동성이 심하게 높아지거나 낮아진다면 막이 붕괴되거나 막단백질이 기능을 하지 못합니다. 이러한 상황에서 문제를 해결하기 위한 물질이 바로 콜레스테롤입니다. 온도가 급격히 변화한 상황에서 포화도가 높아 유동성이 매우 낮아진 세포막에 콜레스테롤이 존재한다면 사이 공간을 넓혀 유동성을 적당히 높여 줄 것이고, 포화도가 낮아 인지질 사이의 공간이 넓은 상황에서 그 사이에 콜레스테롤이 있다면 접촉면적을 높여 너무 높은 유동성을 적당히 줄여 줄 것입니다.
즉, 콜레스테롤은 온도에 따른 세포막의 유동성 변화를 완충하는 작용을 합니다.
우리 몸에 콜레스테롤이 필요한 두번째 요인은 호르몬을 만들기 위해서 입니다. 성 호르몬, 부신피질 호르몬을 포함한 많은 호르몬들은 스테로이드입니다. 이러한 호르몬들은 우리 몸에서 원하는 때에 특정한 단백질이 합성되도록 도와줍니다.
마지막으로, 콜레스테롤은 우리 몸에 반드시 필요한 비타민인 비타민 D의 원재료가 되기도 합니다. 이처럼 콜레스테롤은 우리 몸에서 필수불가결한 역할을 맡고 있습니다.
LDL 콜레스테롤은 뭐고, HDL 콜레스테롤은 뭘까?
앞서 본 것과 같이 우리 몸의 세포에는 콜레스테롤이 필수라는 것을 알 수 있습니다. 그렇다면 이 콜레스테롤들은 어떻게 합성된 곳에서 사용되는 곳까지 이동할까요? 우선 콜레스테롤은 포화지방, 또는 트랜스 지방의 자극을 받아 간에서 80%가량이 합성되고 나머지는 음식물 섭취를 통해 흡수합니다. 그 후 이 콜레스테롤을 단백질 막에 싸서 말초 세포, 즉 온몸에 주고 받을 때 사용되는 물질이 바로 LDL과 HDL 콜레스테롤입니다.
LDL과 HDL은 각각 low-density lipoprotein, high-density lipoprotein으로 저밀도 지질단백질, 고밀도 지질단백질이라는 뜻을 가지고 있습니다. 이 중 LDL 콜레스테롤은 간에서 합성한 콜레스테롤을 말초 세포로 보내는 과정에서 사용하는 것으로 그림에서 볼 수 있듯이 단백질 막안에 콜레스테롤이 많이 들어있습니다. 단백질보다 상대적으로 밀도가 낮은 지질인 콜레스테롤이 많이 들어있고 부피가 크다 보니 저밀도가 되어 저밀도 지질 단백질로 불립니다. 반대로 HDL 콜레스테롤은 말초세포에서 사용하고 남은 콜레스테롤을 다시 간으로 돌려보낼 때 사용하는 물질입니다. 이때는 콜레스테롤이 적게 함유되어 있고 부피가 작기 때문에, 고밀도 지질단백질이 됩니다.
이때 문제가 되는 것이 LDL 콜레스테롤이 혈관을 통과할 때이다. LDL 콜레스테롤은 밀도가 낮아 이동속도가 상대적으로 느려서 양이 많아지게 되면 혈액 속의 대식세포 또는 칼슘과 결합해 관상동맥에 엉겨붙어 동맥경화와 이상지질혈증을 유발합니다. 이 상황이 더욱 심해지면 결국 혈관이 파열되는 심근경색, 뇌경색이 발생합니다. 반면에 HDL 콜레스테롤은 부피가 작고 밀도가 높아 이동속도가 빠르며 혈액속의 남는 콜레스테롤을 모아 다시 간으로 돌려보낸다.
이렇게 간으로 보내지거나 말초 세포로 보내진 LDL 또는 HDL 콜레스테롤은 간 세포 또는 말초세포의 세포막에 존재하는 receptor protein을 통해 수용체 매개 내포작용을 하여 세포안으로 들여보내진다.
LDL 콜레스테롤을 줄이는 방법은?
LDL 콜레스테롤은 포화지방이나 트랜스 지방을 섭취했을 때 주로 간에서 합성됩니다. 포화지방은 LDL 콜레스테롤과 HDL 콜레스테롤을 양쪽다 증가시켜 우리 몸에 커다란 위해를 끼치지는 않지만 트랜스지방은 LDL 콜레스테롤만을 증가시키고 HDL 콜레스테롤은 오히려 감소시켜 몸에 아주 큰 피해를 줍니다. 그래서 LDL 콜레스테롤을 줄이고 HDL 콜레스테롤을 늘이는 방법은 되도록이면 트랜스 지방이나 포화지방을 섭취하지 않는 것입니다.
지금까지 콜레스테롤의 다양한 모습과 역할, 위험성에 대하여 알아보았습니다. 이를 통해 콜레스테롤은 세포막의 유동성을 유지하고, 호르몬과 비타민을 만드는 등의 필수적인 역할을 담당하지만, 포화지방이나 트랜스지방등의 물질의 섭취에 의해 LDL 콜레스테롤의 형태로 많아지게 되면 몸에 치명적인 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었습니다. 그러므로 콜레스테롤은 절대로 몸에 나쁜 것이 아니라, 단지 트랜스지방이나 포화지방과 같은 물질을 많이 섭취했을 경우 LDL 콜레스테롤이 증가해 다양한 질병에 걸리는 것입니다. 또한 섭취해서 얻는 콜레스테롤은 전체의 20% 정도밖에 되지 않으므로 콜레스테롤을 많이먹어서 동맥경화나 이상지질혈증에 걸리는 것이 아닌, 포화지방이나 트랜스지방을 많이 섭취해서 생긴 결과라는 것을 알 수 있습니다.
참고문헌:
[1] 위키피디아
https://en.wikipedia.org/wiki/Cholesterol
https://en.wikipedia.org/wiki/Low-density_lipoprotein
https://en.wikipedia.org/wiki/High-density_lipoprotein
https://en.wikipedia.org/wiki/Steroid
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[1] https://www.webmd.com/heart-disease/ldl-cholesterol-the-bad-cholesterol
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Cholesterol#/media/File:Cholesterol_molecule_ball.png
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_membrane#/media/File:Cell_membrane_detailed_diagram_en.svg
[4]https://s3-us-west-2.amazonaws.com/courses-images/wp-content/uploads/sites/1087/2017/03/23194300/Figure_05_01_02b.jpg
[5] http://image.chosun.com/sitedata/image/201403/05/2014030503015_0.jpg
[6] https://myheart.net/wp-content/uploads/2015/02/cholestorol.jpg
[7] https://www.thedrswolfson.com/wp-content/uploads/LDL.png