비타민B7

비타민B7은 수용성 비타민에 속하는 필수 영양소로, 일반적으로 비오틴이라는 이름으로 더 잘 알려져 있다. 이는 비타민 B 복합체의 일원이며, 인체 내에서 여러 가지 중요한 대사 과정에 관여하는 조효소로 작용한다.

화학적으로는 이미다졸 고리와 티오펜 고리가 융합된 구조를 가지며, 황 원자를 포함하는 특징이 있다[1]. 이 구조는 효소에 강하게 결합하는 성질을 부여하여, 탄수화물, 지방, 단백질의 대사에 핵심적인 역할을 수행하게 한다.

비타민B7은 체내에서 합성되지 않기 때문에 식품이나 장내 세균에 의한 공급을 통해 섭취해야 한다. 균형 잡힌 식단을 통해 일반적으로 충분히 공급되지만, 특정 유전적 요인이나 장기적인 항생제 복용, 과도한 날계란 흰자 섭취 등이 결핍을 유발할 수 있다. 결핍 시에는 탈모, 피부염, 우울증, 신경학적 증상 등이 나타날 수 있다.

현대 영양학에서는 주로 피부, 모발, 손톱의 건강을 유지하는 비타민으로 인식되며, 다양한 건강기능식품과 화장품의 성분으로도 활용된다. 그러나 그 근본적인 역할은 에너지 생산과 세포 성장에 필수적인 대사 조절에 있다.

비타민 B7로도 알려진 비오틴은 수용성 비타민 B 복합체에 속한다. 화학적으로는 헤테로고리 화합물이며, 하나의 우레이도 고리와 하나의 테트라히드로티오펜 고리가 융합된 구조를 가진다. 이 두 고리는 서로 융합되어 있으며, 테트라히드로티오펜 고리에 발레르산의 측사슬이 결합되어 있다.

비오틴의 분자식은 C₁₀H₁₆N₂O₃S이다. 순수한 형태에서는 무색의 바늘 모양 결정으로 존재한다. 물에는 약간 용해되지만, 에탄올에는 거의 녹지 않으며, 유기 용매에는 전혀 녹지 않는다. 이 비타민은 열, 빛, 산소에 대해 비교적 안정하지만, 강한 산이나 강한 알칼리 조건에서는 분해될 수 있다.

생체 내에서 비오틴의 주요 기능적 형태는 조효소로 작용할 때이다. 이때 비오틴 분자는 효소의 리신 잔기에 공유 결합하여 바이오시틴을 형성한다. 이 공유 결합은 비오틴의 우레이도 고리 질소 원자와 리신의 ε-아미노기 사이에서 일어난다. 이 결합은 생체 내에서 매우 안정적이며, 효소-비오틴 복합체의 형성을 통해 여러 카르복실화 반응에 필수적인 역할을 한다.

비타민B7은 수용성 비타민으로, 여러 가지 중요한 대사 과정에서 조효소 역할을 수행한다. 그 주요 기능은 탄수화물, 지방, 단백질의 대사에 관여하는 것이다. 특히, 피루브산을 아세틸-CoA로 전환하는 피루브산 탈수소효소 복합체와 지방산 합성의 핵심 효소인 아세틸-CoA 카르복실화효소 등 여러 카르복실화효소의 필수 보조 인자로 작용한다[2]. 이는 에너지 생산과 새로운 세포 구성 성분의 생성에 기여한다.

비타민B7은 또한 피부, 모발, 손톱의 건강 유지와 밀접한 관련이 있다. 이는 각질을 구성하는 주요 단백질인 케라틴의 합성을 지원하기 때문이다. 비타민B7 결핍 시 모발이 가늘어지거나 탈모가 발생할 수 있으며, 피부에 염증이나 비늘이 생기고 손톱이 부서지기 쉬워지는 증상이 나타난다. 이러한 이유로 비오틴은 종종 미용 보충제의 성분으로 활용된다.

유전적 수준에서 비타민B7은 유전자 발현 조절에도 관여한다. 비타민B7이 결합한 히스톤 단백질은 DNA의 포장 상태를 변화시켜 특정 유전자의 전사 활동을 조절하는 데 기여한다[3]. 이는 세포 성장과 분화에 영향을 미칠 수 있는 중요한 메커니즘이다. 따라서 비타민B7은 기본적인 대사 과정을 넘어서 세포의 기능적 정체성을 유지하는 데에도 기여한다.

비타민B7의 일일 권장 섭취량은 연령과 특정 생애 주기에 따라 다르게 설정되어 있다. 일반적으로 성인의 경우 30 마이크로그램(μg) 정도가 충분한 것으로 알려져 있다. 영유아, 어린이, 청소년, 임산부 및 수유부에 대한 구체적인 권장량은 국가별로 약간의 차이가 있을 수 있다. 다음은 연령별 대표적인 일일 충분 섭취량의 예시이다.

비타민B7 결핍증은 극히 드물게 발생한다. 그 이유는 일일 필요량이 적고, 다양한 식품에 널리 분포하며, 장내 세균에 의해 일부 합성되기 때문이다. 그러나 결핍이 발생할 경우 여러 가지 증상이 나타난다. 대표적인 증상으로는 탈모, 피부 발진(특히 눈, 코, 입 주위), 결막염, 우울증, 무기력함, 근육통, 사지의 감각 이상 등이 있다. 신경계 관련 증상으로는 경련, 운동실조, 근육 긴장도 저하 등이 보고되기도 한다.

결핍의 주요 원인으로는 선천성 대사 이상 질환인 비오티니다제 결핍증이 가장 잘 알려져 있다. 이는 비타민B7을 재활용하는 데 필요한 효소가 선천적으로 부족한 질환이다. 후천적 원인으로는 장기간의 정맥 영양 공급, 과도한 날계란 흰자 섭취[7], 만성 알코올 중독, 흡수장애 증후군, 장기간의 항경련제 복용 등이 있다.

비타민 B7은 다양한 식품에 널리 분포하지만, 그 함량은 식품의 종류에 따라 상당한 차이를 보인다. 일반적으로 동물성 식품에 더 풍부하게 함유되어 있으며, 특히 간과 같은 내장 기관에서 높은 농도를 나타낸다. 식물성 식품 중에서는 효모, 견과류, 일부 채소가 주요 공급원이다.

동물성 식품 공급원으로는 돼지간, 소간, 계란 노른자가 가장 우수한 공급원이다. 생계란 흰자에는 아비딘이라는 단백질이 함유되어 있어 비타민 B7의 흡수를 방해하지만, 가열 조리 시 이 단백질이 변성되어 문제가 되지 않는다. 이 외에도 연어, 정어리 같은 생선과 우유, 치즈 등의 유제품에도 적당량이 함유되어 있다.

식물성 식품 공급원은 다음과 같다.

특히 효모와 아몬드는 식물성 공급원 중에서도 매우 높은 함량을 자랑한다. 일반적인 균형 잡힌 식단을 통해 비타민 B7 결핍이 발생하는 경우는 드물지만, 장기간 생계란 흰자만을 과다 섭취하거나, 장 흡수 장애가 있는 경우, 또는 장기간 정맥 영양을 받는 환자에게서 결핍 위험이 있다.

비타민B7은 수용성 비타민으로, 주로 소장의 상부에서 흡수된다. 흡수는 수동 확산과 능동 수송을 통해 이루어지며, 단백질과 결합된 상태인 바이오시틴-단백질 복합체는 소장에서 바이오시티니데이스 효소에 의해 가수분해되어 자유형 바이오시틴으로 방출된 후 흡수된다. 흡수된 비타민B7은 혈액을 통해 신체의 다양한 조직으로 운반된다.

조직 내에서 비타민B7은 조효소로서의 기능을 발휘하기 위해 아포카복실라제 단백질에 공유결합하여 카복실라제를 형성한다. 이 과정은 홀로카복실라제 합성효소에 의해 촉매된다. 주요 대사 경로는 베타-산화와 지방산 합성, 포도당신생합성, 아미노산 대사 등에 관여하는 네 가지 중요한 카복실화 반응을 포함한다.

비타민B7의 배설은 주로 소변을 통해 이루어진다. 신장에서 여과된 후, 대부분의 비타민B7은 세뇨관에서 재흡수되지만, 일부는 그대로 배설된다. 배설물에는 미량의 비타민B7이 존재할 수 있으며, 이는 대장 내 세균에 의해 합성된 비타민의 일부를 반영한다. 체내 저장량은 제한적이므로 꾸준한 섭취가 필요하다.

비타민B7 결핍증은 혈액 또는 소변 내 비오틴 농도를 측정하여 진단한다. 혈장 내 비오틴 농도가 낮거나, 소변에서 3-하이드록시이소발레르산과 같은 유기산의 배설량이 증가하면 결핍을 의심할 수 있다. 치료는 일반적으로 경구용 비오틴 보충제를 투여하는 것이다. 선천성 대사 이상으로 인한 결핍증의 경우, 고용량의 비오틴 투여가 필수적이며 종종 평생 지속되어야 한다.

비타민B7은 몇 가지 특정 피부 질환과 밀접한 연관성을 보인다. 지루피부염과 유아기 지루성 피부염의 치료에 비오틴 보충이 효과적이라는 보고가 있다. 또한, 탈모와 손톱의 취약성을 동반하는 경우, 비타민B7 결핍을 배제하거나 보충 요법을 시도하는 경우가 있다. 그러나 이러한 증상들은 대부분 비타민B7 결핍이 아닌 다른 원인에 기인하므로, 정확한 진단이 선행되어야 한다.

다음 표는 비타민B7과 관련된 주요 임상적 상황을 정리한 것이다.

비타민B7은 일반적으로 매우 안전한 영양소로 간주된다. 수용성 비타민이기 때문에 과잉 섭취 시 체내에 축적되지 않고 소변을 통해 쉽게 배설된다. 따라서 식품을 통한 섭취로는 과잉증이나 독성이 보고된 바 없다.

고용량의 비타민B7 보충제를 장기간 복용하는 경우에도 심각한 부작용은 드물다. 그러나 매우 높은 용량(예: 하루 10,000 마이크로그램 이상)을 복용할 경우, 일부 개인에서 경미한 위장 장애나 피부 발진과 같은 증상이 관찰될 수 있다. 또한, 고용량의 비타민B7 보충은 특정 실험실 검사 결과에 간섭을 일으켜 위양성 또는 위음성 결과를 초래할 수 있다는 점에 주의해야 한다. 특히 갑상선 기능 검사나 심장 관련 혈액 검사(트로포닌 등)의 결과가 왜곡될 수 있다[17].

비타민B7 보충제를 복용하기 전에, 특히 기존에 복용 중인 약물이 있거나 만성 질환을 앓고 있는 경우 의사나 약사와 상담하는 것이 바람직하다. 일반적으로 균형 잡힌 식단을 통해 충분한 양의 비타민B7을 섭취하는 것이 가장 안전한 방법이다.

비타민B7의 연구는 전통적인 대사 조효소 역할을 넘어서 다양한 생리학적 및 임상적 영역으로 확장되고 있다. 최근 연구는 비타민B7이 유전자 발현 조절에 미치는 영향을 집중적으로 탐구하고 있다. 비타민B7은 히스톤 단백질의 바이오틴화를 통해 염색질 구조를 변화시키고, 이는 세포 증식, DNA 손상 복구, 염증 반응과 관련된 유전자의 발현을 조절하는 데 관여한다[18]. 이러한 후성유전학적 역할은 비타민B7이 단순한 영양소를 넘어 세포 신호 전달의 조절자로서의 가능성을 제시한다.

임상 연구 분야에서는 기존의 결핍증 치료를 넘어 특정 질환 관리에서의 활용 가능성이 주목받고 있다. 제2형 당뇨병 환자에서 비타민B7 보충이 혈당 조절과 지질 대사 개선에 도움을 줄 수 있다는 일부 연구 결과가 보고되었다[19]. 또한, 다발성 경화증과 같은 자가면역 질환에서 고용량 비타민B7이 신경 보호 및 증상 완화에 기여할 수 있다는 예비 연구가 있으며, 이에 대한 대규모 임상 시험이 필요한 실정이다.

미래 연구 방향은 개인 맞춤형 영양의 관점에서 비타민B7 요구량에 영향을 미치는 유전적 변이를 규명하는 데 일부 초점이 맞춰져 있다. 예를 들어, 바이오티니데이스 효소의 활성에 영향을 주는 유전자 다형성은 개인별 비타민B7 대사 차이를 설명할 수 있다. 나노기술을 활용한 새로운 전달 시스템 개발도 하나의 트렌드로, 바이오틴의 흡수율을 높이거나 표적 부위로의 전달 효율을 개선하는 연구가 진행 중이다. 궁극적으로 비타민B7 연구는 기초 생물학에서의 새로운 기능 발견과, 이를 바탕으로 한 만성 질환 예방 및 관리 전략 개발이라는 두 가지 축을 따라 발전할 전망이다.

• Wikipedia - 비오틴

• National Institutes of Health - Biotin Fact Sheet for Health Professionals

• Mayo Clinic - Biotin

• WebMD - What to Know About Biotin

• Harvard T.H. Chan School of Public Health - Biotin

• MedlinePlus - Biotin

• Mount Sinai - Biotin Information