자일리톨이 뮤탄스균의 불필요한 활동을 반복하게 하는 이유가 뭔가요?
안녕하세요 저는 고등학생입니다.
설탕이나 과당과 같은 육탄당과 비교해서 오탄당인 자일리톨이 충치를 일으키지 않는 이유에 대해서 탐구하고 있습니다!
그런데 검색 과정 도중
'자일리톨이 불필요한 과정을 반복하게 하여 결론적으로 뮤탄스균의 수를 감소하게 한다'는 말이 구체적으로 이해가 되지 않습니다. 어떻게 불필요한 과정을 반복하게 하는 것이며, 어떤식으로 뮤탄스균의 수를 줄여준다는 것일까요?
효소의 기질 특이성과 연관 지어 탐구하고 있는데, 효소가 재사용 가능한 것처럼 분해하지 못한 자일리톨을 다시 배출하고, 뮤탄스균이 재사용되며 결국 에너지를 얻지 못하기 때문에 뮤탄스균이 죽게되는 것인가요?
그렇다면 효소도 에너지를 얻지 못하면 인체에서 영향력이 줄고 결국 효소 자체도 줄게 되나요?
인터넷에 검색해서 나오는 내용보다 더 구체적인 설명을 원합니다! 고등학생 수준에서 이해할 수 있을 정도로 설명해주세요.
글 봐주셔서 감사합니다.
자일리톨이 충치를 일으키지 않는 이유는 여러가지가 있지만, 가장 핵심은 말씀하신 뮤탄스균의 에너지 대사를 방해하여 무력화시키기 때문입니다.
뮤탄스균은 우리가 섭취하는 설탕을 먹고 에너지대사를 하는데, 그 결과 산을 만들어 충치를 유발하게 됩니다.
그런데 자일리톨이 뮤탄스균에게 마치 설탕처럼 보입니다. 그래서 뮤탄스균은 자일리톨을 설탕으로 착각하고 세포 안으로 적극적으로 흡수합니다. 이 과정이 바로 말씀하신 '불필요한 과정 반복'의 시작입니다.
뮤탄스균은 세포막에 있는 특정 운반체 단백질을 통해 자일리톨을 세포 안으로 들여보냅니다. 이 운반체는 설탕과 자일리톨을 구분하지 못하고 모두 들여보냅니다.
세포 안으로 들어온 자일리톨은 설탕과 마찬가지로 인산화 과정을 거치게 되는데, 이는 에너지를 사용하여 인산기를 붙이는 과정으로, 뮤탄스균이 설탕을 대사하기 위한 필수적인 첫 단계입니다. 뮤탄스균은 ATP를 소비하여 자일리톨에 인산을 붙입니다.
그러나 문제는 인산화된 자일리톨은 뮤탄스균이 다음 단계로 대사할 수 없다는 점입니다. 설탕은 인산화된 후 여러 단계를 거쳐 에너지를 생산하지만, 자일리톨은 그 다음 단계로 넘어갈 수 없어 에너지를 만들지 못합니다.
결국 뮤탄스균은 세포 내에 축적된 인산화된 자일리톨을 다시 세포 밖으로 배출하려고 합니다. 이는 일종의 독성 물질이 쌓이는 것을 막기 위한 생존 기작이라고 볼 수 있습니다. 하지만자일리톨이 세포 밖으로 나가도, 뮤탄스균은 다시 자일리톨을 설탕으로 착각하고 재흡수하는 과정을 반복하게 되죠.
이러한 흡수-인산화-배출-재흡수의 무한 반복은 뮤탄스균에게 엄청난 에너지 낭비를 초래하고, 에너지는 계속 소비되는데 실제로는 아무런 에너지도 얻지 못하니, 결국 뮤탄스균은 에너지 고갈로 인해 더 이상 증식하거나 산을 생산할 수 없게 되고, 수가 점차 감소하게 되는 것입니다.
그리고 말씀하신 효소의 기질 특이성과 연결 지어 생각해보면, 자일리톨은 뮤탄스균 내 특정 효소의 '잘못된 기질'이 됩니다.
효소는 특정 모양을 가진 기질에만 결합하여 반응을 촉매합니다. 마치 자물쇠와 열쇠처럼, 특정 효소는 특정 기질에만 딱 맞습니다. 뮤탄스균의 경우, 설탕을 인산화하는 효소가 설탕뿐만 아니라 자일리톨에도 결합하여 인산화 반응을 일으키는 것입니다. 즉, 이 효소는 자일리톨을 진짜 기질인 설탕과 구별하지 못하는 허점을 가지고 있다고 볼 수 있습니다.
마지막으로 인체 내 효소는 뮤탄스균의 효소와는 다른 기질 특이성을 가집니다.
즉, 인체 내의 효소는 자일리톨을 설탕으로 착각하지 않으며, 자일리톨을 에너지원으로 사용하지도 않습니다. 자일리톨은 인체 내에서 소화되지 않고 대부분 배출되거나, 일부는 장내 미생물에 의해 발효되어 흡수됩니다. 따라서 자일리톨은 인체 내의 효소 활동이나 에너지 대사에 영향을 주지 않습니다. 효소 자체는 인체에서 줄거나 영향력이 약해지는 것이 아닙니다.
1명 평가자일리톨이 충치를 유발하는 뮤탄스균의 불필요한 활동을 유도하여 균 수를 줄이는 원리는, 뮤탄스균이 자일리톨을 일반 설탕인 포도당으로 착각하여 세포 내로 흡수하지만, 자일리톨은 오탄당이라 뮤탄스균이 이를 에너지원으로 사용하지 못하고 다시 배출하는 과정을 반복하며 에너지를 낭비하게 만들기 때문입니다. 이처럼 뮤탄스균이 헛된 에너지 소모만 하고 정작 필요한 에너지를 얻지 못하면서 성장과 번식이 억제되어 결국 뮤탄스균의 수가 감소하게 됩니다.
1명 평가안녕하세요. 박창민 수의사입니다. 자일리톨은 뮤탄스균이 에너지를 얻으려고 인산화 과정을 거쳐 세포 안으로 들이지만 분해하지 못해 다시 밖으로 내보내는 과정을 반복하게 만들어 ATP만 낭비되고 에너지를 얻지 못해 활동이 억제됩니다. 또한, 일부가 죽게 되므로 충치균 수를 줄이는 효과가 있으며, 이는 효소의 감소가 아니라 균의 에너지 고갈 때문입니다. 감사합니다.
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