1. 개요
필수 아미노산은 음식을 통해 직접 먹어야 하는 아미노산이다. 비필수 아미노산 중 불필수 아미노산은 체내 합성이 용이한 것을 말하고, 조건적 필수 아미노산은 몸이 정상적인 상태라면 체내 합성이 되지만, 비정상인 상태일 경우 체내 합성이 어려운 것이다.신체에서 필요한 아미노산은 일반적으로 다른 아미노산으로부터 합성이 가능하다. 이와 달리 필수 아미노산은 신체에서 합성하려면 매우 복잡한 단계를 거쳐야 하는 등의 이유로 충분히 생산되지 못하거나 심지어 아예 합성이 불가능한 것도 있기 때문에 반드시 음식물을 통해 합성과정을 건너뛰고 '직접' 섭취해야 한다. 안 그러면 죽는다.
필수 아미노산은 발린, 류신, 이소류신, 메티오닌, 트레오닌, 라이신, 페닐알라닌, 트립토판의 8종류가 있다. 어린이의 경우 히스티딘[1], 아르기닌도 필수 아미노산에 추가로 포함된다. 강아지는 어린이와 마찬가지로 10종류가 필수이고, 고양이는 타우린이 필수 아미노산에 추가로 포함된다. 필수 아미노산 가운데 양이온 잔기를 갖는 아미노산은 모두 필수 아니면 준필수며, 소수성 아미노산은 8개 중 알라닌, 티로신을 제외한 6개가 모두 필수이지만, 이외에는 트레오닌을 제외하면 모두 필수가 아니다.
다만 정상적인 사람에게는 모자랄 일이 없으나 심각한 장애가 있는 사람에게는 부족할 수 있는 아미노산이 있는데 시스테인, 글루타민, 글라이신, 프롤린, 티로신이 그것이다. 알라닌, 아스파르트산, 아스파라진, 글루탐산, 세린은 체내 합성이 용이하기 때문에 필수 아미노산이 아니다.
위 사진에서 제시된 21개[2]의 아미노산 중 필수아미노산은 8개이다. (빨간색 동그라미)
2. 먹이사슬
지구에서 왜 먹고 먹히는 먹이사슬이 필연적인지를 보여주는 증거. 살고 싶은 동물, 특히 사람이라면 반드시 필수아미노산을 섭취해야 하기에 다른 생물을 잡아먹으며 살아가야한다. 일반적으로 동식물을 통해 섭취하게 되며, 채식주의자의 경우 식물을 위주로 필수 아미노산을 섭취한다. 자연에 존재하는 모든 아미노산의 최초 합성은 오직 먹이사슬의 1차 생산자인 식물만이 가능하므로 식물을 통해 필수 아미노산을 충분히 섭취하는 것은 이론상 가능하다. 하지만 그 식물을 먹고 체내에 필수 아미노산을 축적한 동물을 먹는게 더 쉬운 경우가 많기에 동식물을 모두 먹어 필수 아미노산을 얻는 사람이 대다수다.3. 신경전달물질
발린(Valine), 류신(Leucine), 이소류신(Isoleucine)은 BCAA이다. 일반적으로 근육 및 운동과 관련된 메커니즘에서 그 중요성이 잘 알려져있지만 신경전달물질(neurotransmitter)과 관련해서 뇌기능의 안정된 상태를 위해서도 필요하다.[3][4] 메티오닌(Methionine)은 필수아미노산중에서는 유일하게 S(황)을 가지고있어서 면역계와 해독작용에 반드시 필요하다. 이 또한 신경전달물질을 형성하는 반응을 포함하여 수많은 생화학적 메틸 공여 반응에 관여한다.[5] 페닐알라닌, 트립토판은 뇌의 신경전달물질전구체로 역시 매우 중요하다. 페닐알라닌은 도파민,노르아드레날린의 전구체이고 트립토판은 세로토닌의 전구체이다. 발린에 산소(O)가 결합한 트레오닌(Threonine)은 전하를 띄지않는 극성이고 라이신(Lysine)은 (양)전하를 띄는 염기성이다.[6] 혈장에서 트레오닌(Threonine) 증가는 뇌 글리신(Glycine)의 증가와 연계하여 뇌의 신경 전달 물질 균형에 영향을 미친다. 라이신(Lysine) 단백질은 뉴런의 가장 중요한 단백질 중 일부이며 L-라이신이 통증 유발 행동의 생물학적 중요성에 따라 선택적 뇌 활동에 영향을 미친다.[7] 다른 필수아미노산들도 그렇지만 특히나 트레오닌과 라이신은 식물에서는 거의 찾아보기 어려운 동물들에서 풍부한 성분으로 육류성 필수아미노산이라고 할수있다. 한편 굳이 필수아미노산들의 공통점을 찾아본다면 카르복시기 골격(backbone)의 베타탄소이후에서 6각형 고리인 방향족 탄화수소 또는 암모니아(-NH3) 또는 메틸기(-CH3)가 온다. 이것은 바꾸어말하면 척추동물에서 6각형 고리인 방향족 탄화수소 또는 암모니아(-NH3) 또는 베타탄소이후에서 신장되거나 분지(branched)되는 메틸기(-CH3)를 생화학적으로 다루는것이 매우 어려운 기작임을 시사한다고 할수있다.4. 여담
사람의 경우에는 일반적으로 필수 아미노산은 모두 구성 아미노산이 맞지만, 동물의 경우는 비단백 아미노산이면서 필수 아미노산인 경우가 있다. 대표적으로 비단백 아미노산인 타우린은 고양이에게는 필수 아미노산이다.5. 관련 문서
[1] 다만 최근 연구에서는 성인이라 할지라도 인체가 요구하는 히스티딘 양에 비해 체내 합성량이 턱없이 부족해 사실상 필수 아미노산으로 취급한다[2] 여기서 셀레노시스테인은 비단백 아미노산이다. 3글자와 1글자 축약어를 쓰는 아미노산은 구성 아미노산 20종과 셀레노시스테인 외에도 피롤라이신이 있다.[3] J Nutr. 2005 Jun;135(6 Suppl):1539S-46S.doi: 10.1093/jn/135.6.1539S.Branched-chain amino acids and brain function ,John D Fernstrom 1 PMID: 15930466 DOI: 10.1093/jn/135.6.1539S[4] Nutrition and Traumatic Brain Injury: Improving Acute and Subacute Health Outcomes in Military Personnel. Institute of Medicine (US) Committee on Nutrition, Trauma, and the Brain; Erdman J, Oria M, Pillsbury L, editors. Washington (DC): National Academies Press (US); 2011.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK209312/[5] Altern Med Rev. 2008 Sep;13(3):216-26. The methylation, neurotransmitter, and antioxidant connections between folate and depression ,Alan L Miller 1 PMID: 18950248 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18950248/[6] Pediatr Res. 1998 Dec;44(6):900-6.doi: 10.1203/00006450-199812000-00013.Effect of increasing dietary threonine intakes on amino acid metabolism of the central nervous system and peripheral tissues in growing rats G Boehm 1 , H Cervantes, G Georgi, J Jelinek, G Sawatzki, B Wermuth, J P Colombo PMID: 9853925 DOI: 10.1203/00006450-199812000-00013[7] Int J Mol Sci. 2019 Apr; 20(8): 1899.Published online 2019 Apr 17. doi: 10.3390/ijms20081899 PMCID: PMC6514796 PMID: 30999611 L-Lysine as the Molecule Influencing Selective Brain Activity in Pain-Induced Behavior of Rats ,Liudmila A. Severyanova,1,* Victor A. Lazarenko,2 Dmitry V. Plotnikov,3 Maxim E. Dolgintsev,1 and Alexey A. Kriukov1