노화와 관련된 질병, 내분비계

노화와 관련된 질병, 내분비계

 

1. 내분비계와 포도당 조절

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 내분비계 ( endocrine system ) 는 혈액으로 직접 호르몬을 분비하는 연결되지 않은 기관과 분비샘들로 구성된 계이다. 호르몬은 특수한 표적 세포가 있고, 한 호르몬에 대한 이런 세포들의 반응은 조직으로 하여금 특수한 기능을 수행할 수 있도록 한다. 내분비계는 대사, 성장과 발달, 다양한 조직의 기능, 그리고 혈액의 포도당 농도의 유지 등을 포함하는 많은 인간의 기능을 조절하는 것을 담당하고 있다. 전통적인 내분비 기관 그리고 샘들과 더불어, 다양한 기능들이 혼합되어 있는 일부 기관 들이 내분비계의 일부로 여겨지고 있다. 이런 기관들에는 간, 심장, 소장, 지방 조직, 그리고 피부 등이 포함된다.

 실제적으로 동물 연구들에서 모든 내분비 기관들과 샘들에서 노화에 따른 기능의 위축이 밝혀지고 있다. 그러나 실험동물을 이용한 상당히 잘 조직된 연구들의 결과가 인간 임상 결과와는 일반적으로 잘 맞지 않았다. 실험 동물과 사람의 연구들에서 차이가 나는 이유는 우리가 이미 앞에서 설명한 것과 같다. 인체 연구에서 환경적 영향을 제어할 수 있는 방법이 없는 것, 실험군에 질병을 가진 사람이 포함되는 것, 연구 횟수가 적은 것, 각 연구에 참 여하는 사람의 수가 적은 것, 그리고 생물 종 사이에 존재하는 본질적인 유전적 차이 등. 그래서 우리는, 노화에 따른 변화가 질병으로 발전할 것으로 가정할 있을 만큼 충분한 자료를 보유한 두 가지 내분비계 - 혈중 포도당 농도와 뼈의 칼슘을 조절하는 것 - 에 한정해서 논의할 것이다.

 이 절과 다음 몇 개의 절에서, 우리는 혈중 포도당과 뼈의 칼슘을 조절하는데 관여하는 생화학적, 생리학적 기전과 이 조절이 잘못되어 발생하는 두 가지 질병인 제 2 형 당뇨병 ( 혈중 포도당 농도 조절이 잘못됨 ) 과 골다공증 ( 뼈의 칼슘 조절이 잘못됨 ) 에 대해서 논의한다.

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1) 혈중 포도당 농도는 좁은 범위 안에서 유지되어야 한다.

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앞 장들에서 포도당이 신체가 필요로 하는 에너지 공급에 중요하게 기여한다는 것을 보았다. 대부분의 조직은 에너지 생산에 필요한 포도당을 글리코겐 glycogen ) 이라는 세포 내 저장고에서 꺼낸다. 그러나 뇌는 혈액에서 공급받는 포도당 만을 사용할 수 있다. 뇌는 글리코겐을 저장할 수 있는 능력이 없고 에너지를 생산하는 데 지방을 쉽게 사용할 수 없다. 따라서 뇌에 지속적으로 포도당을 공급하기 위해서는 혈액의 포도당 ( 혈당 ) 농도가 일정 수준이 유지되어야 하며, 정상적인 농도는 90에서 120mg / dl 이다. 90~120 mg/dl 이라는 좁은 범위에서 혈당을 유지하기 위한 메커니즘 에는 췌장에서 만들어지는 두 가지 호르몬인 인슐린 ( insulin ) 과 글루카곤 ( glucagon ) 의 경쟁적 활동이 관여한다.

 췌장의 내분비 세포들은 랑게르한스섬 ( islets of Langerhans ) 이라는 곳에 위치하고 있다. 포도당 농도가 120mg/dl 이상이 될 때, 인슐린은 혈액으로부터 포도당을 제거하고 간과 근육에서 글리코겐 생성 ( glycogenesis ; 글리코겐 합성) 을 증가시킨다. 반대로, 혈당 농도가 90mg/dl 이하로 떨어질 때, 글루카곤은 간에서 글리코겐을 포도당으로 분해를 촉진함으로써 혈액에 포도당을 공급한다. 그러나 인체에는 에너지 생산에 사용될 글리코겐이 24시간 동안 공급할 양만 존재한다.

 끼니 사이에 분해되어 에너지 공급에 사용될 글리코겐 저장을 대체하기 위해서는 포도당이 음식을 통해서 공급되어져야 한다. 탄수화물이 아닌 탄소원에서 포도당을 합성하는 포도당 신생합성 ( gluconcogenesis ) 이 포유동물에서 일어나지만, 이는 장시간 굶주린 상태에서만 일어나는 현상이다.

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2) 인슐린은 간, 근육, 그리고 지방 세포로 포도당 흡수를 유도한다.

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 간, 근육, 그리고 지방조직의 세포막은 대부분 포도당을 투과시킬 수 없다. 신경조직과 신장의 세포막은 포도당의 수동확산을 허용한다. 따라서, 포도, 당이 간, 근육, 그리고 지방조직의 세포 안으로 들어가기 위해서는 운반단백질이 필요하다. 포도당 운반체 4 ( glucose transporter 4 ; GLUT 4 ) 라는 포도당 을 위한 특수 운반단백질은 인슐린이 있을 경우에만 포도당 운반을 유도한다 - 이것은 혈액의 포도당 농도가 인슐린 분비를 촉진할 수 있는 농도 ( 120 mg / dl ) 이하로 떨어질 때에도 뇌에 포도당을 공급할 수 있는 혈액 포도당 농도를 유지할 수 있도록 보장한다. 간, 근육, 그리고 지방조직에서 인슐린의 주요 활동은 표 9.6 에서 보여준다. 식후의 경우와 같이 증가된 혈당이 있는 경우에, 췌장의 베타 세포들은 인술린을 분비한다. 인슐린이 세포 표면에 있는 티로신 키나아제 - 연결 수용체에 결합하면 단백질의 인산화와 관련된 포도당 흡수를 촉진하는 일련의 신호 전달 과정이 시작된다. 막투과 단백질의 세포 바깥쪽에 인슐린 이 결합되면 티로신 키나아제를 활성화시킨다. 티로신 키나아제는 단백질의 티로신 잔기를 인산화시키고, 이는 GLUT 4 분자를 세포질에서 세포막으로 이동을 유도한다. 그러고나서 포도당은 GLUT 4 세포막 채널을 통하여 이동한다. 인슬린 수용체에 인슐린의 결합은 또한 몇 개의 다른 키나아제를 활성화시키고, 이는 인슐린 - 연관 기질을 인산화하고 일부 포도당 대사 과정 ( 해당 과정과 글리코겐 생성 ) 의 활성화와 포도당 관련 대사에 필요한 유전자들의 발현을 증가시킨다. 우리는 일반적으로 인슐린이 탄수화물 대사를 조절하는 호르몬이라고 생각하지만, 인슐린은 또한 포도당이 풍부할 때 에너지 기질을 저장할 수 있도록 단백질과 지방 대사에도 영향을 끼친다. 예를 들어, 인슐린은 지방조직의 호르몬 민감성 리파아제 ( hornnone - sensitive lipase ; HSL ) 의 활성을 억제하여, 중성지방 ( triglyceride ) 의 분해와 지방산들이 혈액으로 분비되는 것을 억제한다. 이것은 다른 조직이 사용할 지방의 에너지 총량을 제한하고, 포도당을 에너지 생산에 사용하도록 세포를 강제한다. 간에서, 과도한 인슐린 - 촉진 포도 당 흡수 ( 글리코겐으로 저장할 수 있는 양 이상으로 흡수 ) 는 지방산과 콜레스 테롤 합성의 전구체인 acetyl - CoA 를 축적한다. 그러한 후 인슐린은 간에서 지방산 합성을 촉진한다. 새롭게 합성된 지방산은 일반적으로 중성지방으로 포장되고, 간에서 혈액으로 분비되고, 저장을 위해 지방조직으로 운반된다. 인슐린은 몇 가지 기전을 통해 다양한 세포에서 단백질 합성을 촉진한다.

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첫째, 인슬린은 식후에 아미노산들의 흡수를 촉진하여, 단백질 합성에 필요한 아미노산을 세포에 공급한다.

둘째, 인슐린은 리보솜의 활성을 증가시킴으로써 mRNA 의 번역을 촉진할 수 있다.

셋째, 인슐린은 탄수화물, 지방, 단백 질의 저장을 촉진하는 효소들을 암호화한 DNA 의 전사 속도를 증가시킨다.

마지막으로, 인슐린은 단백질 분해를 억제하고 포도당 신생합성에 사용될 수 있는 아미노산의 양을 제한한다.

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