바이오제닉 아민의 특성 (1) 물질특성
Biogenic amines(BAs)은 질소화합물로, 주로 아미노산의 탈탄산 작용, 알데하이드와 케톤의 아미 노화와 아미노기 전이 반응에 의해서 생성된다. 바이오제닉아민은 분자량이 매우 적고, 식물과 동 물 및 미생물의 대사 과정에서 합성되어지므로 이들 세포에서 흔히 발견되는 구성성분이다. 우리 가 섭취하는 식품과 음료 중의 바이오제닉아민은 원재료의 효소 작용과 미생물의 아미노산 탈탄산 작용으로 생성되어진다.
Biogenic amine은 화학적 구조에 의해 지방족화합물(putrescine, cadaverine, agmatine, sper-mine, spermidine), 방향족화합물(tyrasper-mine, 2-phenylethylamine), 헤테로환상화합물(histasper-mine, tryptamine)로 나눌 수 있다.
Biogenic amines은 단백질을 함유한 식품의 유리아미노산이 저장 또는 발효, 숙성 과정에서 미생 물의 탈탄산 작용으로 분해, 생성되며 생성요인에 따라 2종류로 분류할 수 있다. 가공과 저장 중에 생성되는 바이오제닉 아민에는 푸트레신, 카다베린, 트립타민, 히스타민, 티라민, 베타-페닐에틸 아민, 아그마틴이 있고, 천연에서 유래하는 바이오제닉 아민에는 스퍼미딘, 스퍼민, 세로토닌, 도 파민, 네오에피네프린이 있다.
a) 푸트레신(Putrescine)
오르니틴(Ornithine)이 전구체이고 저혈압과 매분 60이하의 맥박인 서맥과 함께 팔다리를 마비 시킨다. 또한, 다른 아민들의 독성을 증가시키며 세포 성장과 증식 작용을 한다. 다음과 같은 구조 를 가진다(Fig 22).
Fig 22. 푸트레신의 구조
b) 카다베린(Cadaverine)
리신(Lysine)이 전구체이고 Putrescine과 마찬가지로 저혈압과 매분 60이하의 맥박인 서맥과 함 께 팔다리를 마비시킨다. 또한, 다른 아민들의 독성을 증가시키며 세포 성장과 증식 작용을 한다.
다음과 같은 구조를 가진다(Fig 23).
c) 스퍼미딘(Spermidine)
아르기닌(Arginine)이 전구체이고 다른 아민들의 독성을 증가시키고 세포 성장과 증식 작용을 한 다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 24).
d) 스퍼민(Spermine)
아르기닌(Arginine)이 전구체이고 Spermidine과 마찬가지로 다른 아민들의 독성을 증가시키고 세 포 성장과 증식 작용을 한다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 25).
Fig 24. 스퍼미딘의 구조
Fig 25. 스퍼민의 구조 Fig 23. 카다베린의 구조
e) 히스타민(Histamine)
히스티딘(Histidine)이 전구체이고 adrenaline과 noradrenaline을 유리시킨다. 자궁과 소장 및 기 도의 평활근을 자극하며 감각을 자극하고 신경을 움직인다. 또한 위산분비를 조절하는 작용을 한 다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 26).
f) 트립타민(Tryptamine)
트립토판(tryptophan)이 전구체이고 혈압 상승 작용을 한다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 27).
g) 베타 페닐에틸아민(β-Phenylethylamine)
페닐알라닌(Phenylalanine)이 전구체이고 교감신경계에서 noradrenaline을 방출하며 혈압 상승 작용을 하며 편두통을 야기한다. 다음과 같은 구조를 가진다 (Fig 28).
Fig 26. 히스타민의 구조
Fig 27. 트립타민의 구조
Fig 28. 베타 페닐에틸아민의 구조
h) 티라민(Tyramine)
티로신(Tyrosine)이 전구체이고 말초 혈관을 수축시키며 심장 박출량을 증가시킨다. 호흡을 증가 시키고 혈당농도를 증가시키며 교감신경계에서 noradrenaline을 방출시킨다. 편두통을 야기하기도 한다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 29).
i) 세로토닌(Serotonin)
히드록시트립토판(Hydroxytryptophane)이 전구체이고 신경 전달 물질이다. 홍조를 띤 골격근육 혈관을 확장시키고 혈관은 수축시킨다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 30).
j) 노르아드레날린(Noradrenaline)
티로신(Tyrosine)이 전구체이고 신경 전달 물질이고 심장 박출량 증가 혈압 상승 작용을 하며 편 두통을 야기한다. 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 31).
Fig 31. 노르아드레날린의 구조 Fig 29. 티라민의 구조
Fig 30. 세로토닌의 구조
k) 도파민(Dopamine)
티로신(Tyrosine)이 전구체이고 신경 전달물질이며 norepineprine을 방출한다. 혈압을 상승시키 며 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 32).
l) 아그마틴(Agmatine)
아르기닌(Arginine)이 전구체이고 NO 생성을 억제하고, 펩티드 호르몬의 유리를 촉진한다. 혈압 을 상승시키며 다음과 같은 구조를 가진다(Fig 33).
(2) 생성경로
① 생성기작
아민이란 NH3의 H가 떨어져나가고 그 자리가 알킬 그룹으로 치환된 화합물을 말한다. 이 때, 치 환된 H의 원자수에 따라 아민의 구조적 분류가 달라지는데 H의 원자수가 1개면 1차 아민(RNH2), 2 개면 2차 아민(R2NH)으로 나타낸다. 또한 아민의 질소원자 수에 따라 질소원자 수가 1개면 mono-, 2개면 di-, 3개 이상일 경우에는 polyamine으로 나타낸다. Biogenic amine은 histidine, tyrosine, tryptophane, phenylalanine, lysine 등과 같은 아미노산의 CHCOOH 말단기로 부터 효소적 탈탄산 반응에 의해 CO2가 빠져 생성된다(Halasz 등, 1994)(Fig 34).
Fig 33. 아그마틴의 구조 Fig 32. 도파민의 구조
포유동물의 세포에서 polyamine이 생합성되는 반응은 ornithine decarboxylase (ODC)와 S-adenosylmethionine decarboxylase(AdoMetDC)에 의해 조절되며, 식물체와 미생물 세포에서의 반 응은 arginine decarboxylase (ADC) 작용으로 methionine과 arginine에서 polyamine이 합성되어지 며 일반적으로 건강한 세포 내의 아민류 농도는 생합성과 이화작용에 의해 조절되고 있다.
② 바이오제닉 생성 미생물
일반적으로 미생물 중에 아미노산 디카르복실라제가 널리 분포되어있지는 않지만, Bacillus, Citrobacter, Clostridium, Klebsiella, Escherichia, Proteus, Pseudomonas, Salmonella, Shigella, Photobacterium, Lactobacillus, Pediococcus와 Streptococcus는 아미노산을 하나 혹은 그 이상 탈 탄산시킬 수 있다. Klebsiella pneumoniae와 Hafnia alvei는 생선에서 히스타민을 생성하는 주요 한 균종이다. 또한, 티로신과 히스티딘 디카르복실라제는 Escherichia coli, Pseudomonas spp.에 서 검출되었다(Rice 등, 1976; Diaz-Cinco등, 1992). 아민생성 유산균으로는 Lactobacillus brevis, Lactobacillus buchnerii, Lactobacillus curvatus, Lactobacillus carnis, Lactobacillus divergens와 Lactobacillus hilgardii가 육류와 육류 제품에서 발견되었다(Maijala 등, 1993).
Fig 34. 바이오제닉 아민의 합성 (Halasz et al., 1994)
(3) 대사경로
소장, 간 등에 존재하는 모노아민 산화효소(Monoamine oxidase, MAO) 또는 다이아민산화효소 (Diamineoxidase, DAO)의 작용에 의해 대사된다. 바이오제닉 아민은 체내에서의 짧은 반감기를 가 지는데 히스타민이 102초, 티라민이 30여 분으로 대사산물의 약리적 효능 또는 독성이 없다. 히스 타민을 경구 투여 시 대부분이 소장 내 세균에 의해서 N-아세틸 히스타민으로 변환된다(Goodman and Gilman, 1975).
바이오제닉 아민 중 하나인 히스타민은 L-histidine decarboxylase (HDC) 에 의해 촉매된 아 미노산인 히스티딘이 탈카르복실화반응을 거쳐 합성된다. 히스타민은 다이아민산화효소에 의 해 촉매된 필수 아미노그룹의 세포 밖 산화 탈아민반응에 의해 대사되거나, histamine-N- methyltransferase(HNMT)에 의한 imidazole ring의 세포 안 메틸화에 의해 대사된다.
따라서, 효소가 결핍되거나 억제됨에 의해 야기된 효소의 불충불한 활성은 히스타민의 축적을 야기할 수 있다. 두 효소는 negative 피드백 안에서 각각의 반응 산물에 의해 억제될 수 있다. N-Methylhistamine은 MAO B 또는 DAO에 의해 N-methyl-imidazole acetaldehyde에 산화적으로 탈 아민화된다. 메틸화 경로가 세포의 cytosol 부분에서 발생하기 때문에, MAO B는 생체 내에서 이 반 응을 촉매하기 위해 사용된다(Fig 35).
(4) 독성
히스타민 중독은 식품에서 유래한 가장 유해한 Biogenic amine 중독이다. 이와 관련한 몇몇 사건 이 치즈와 생선을 섭취한 후에 발생하였다. 히스타민의 독성은 사람과 다른 종의 세포막에서 두 가 지 형태의 반응기(H1과 H2)와 상호작용하여 나타난다. 히스타민은 말초혈관인 모세혈관과 동맥을 확장시켜 저혈압, 홍조와 두통을 유발한다. 히스타민과 H1 반응기와의 상호작용으로 유발되는 장 평활근의 수축은 비정상적인 경련, 설사와 구토를 유발한다(Taylor,1986). 히스타민은 식품에서 발 견되는 독성이 강한 아민으로 생선, 포도주, 치즈, 육류 가공품 등에서 발견된다. 독성 효과는 히스 타민의 섭취 농도, 다른 아민류의 존재, amineoxidase 활성과 개개인의 장 상태에 따라 달라진다.
포유류의 장내에는 무독화 장치 시스템이 있어 일반적으로 식이로 섭취하는 바이오제닉아민 은 대사시킬 수가 있다. 정상적인 건강상태에서는 식이로 섭취하는 아민은 아민옥시다아제에 의 해 재빨리 무독화 되지만, 알레르기 환자나 모노아민옥시다아제 저해제를 복용하는 경우 또는 바 이오제닉아민류를 과량 섭취했을 경우에는 바이오제닉아민이 체내에 축적된다. 아민옥시다아제
는 모노 또는 디아민이 존재할 때 유도되는 효소로(Wendakoon and Sakaguchi, 1993) monoamine oxidase(MAO)와 diamine oxidase(DAO)는 무독화 과정에서 중요한 역할을 한다. 그러나 이 활성은 potentiator로 알려진 물질에 의해 억제되며 potentiator는 식품에서 유래한 부패성 아민류 또는 약 물로 분류될 수 있다. 어떤 antihistamine, antimalariawpwo 그리고 다른 약물제재들은 히스타민을 대사시키는 효소를 저해할 수 있다. 특히, 푸트레신과 카다베린은 히스타민 무독화 효소를 저해시 키며 티라민은 MAO를, 트립타민은 DAO를 저해한다. 이 밖의 다른 아민류도 potentiator로서 작용 한다. 페닐에텔아민은 DAO와 HMT(histamine N-methyltransferase) 저해제이다.
① Scombrotoxicosis
히스타민 중독에 의한 증상으로는 발진, 국소적인 피부 염증, 구토, 오심, 설사, 심한 복통, 저혈 압, 두통, 울렁거림, 심한 호흡곤란 등을 들 수 있다.(Gilbert 등, 1980; Tayor, 1985). 히스타민 중독 은 주로 고등어, 꽁치, 참치, 가다랑어, 삼치, 전갱이와 같은 고등어과 어류와 비 고등어과로 정어 리, 멸치, 청어, 청새치 등을 섭취한 경우 종종 발생한다(Taylor,1986). 이들 어류에는 히스타민의 전구체인 히스티딘이 유리 아미노산 상태로 다량 존재하기 때문에 온도처리를 적절히 하지 않을 경 우 부패미생물의 증식으로 인해 히스타민이 다량 발생하기 때문이다. 고등어의 경우 어획 후 즉시
Fig 35. 히스타민의 대사 (Laura Maintz and Natalija Novak, 2007)
0℃에 보관하면 안전한 보관기간이 14일이지만 4.4℃에서는 7일로 단축되며 4.4℃ 이상에서는 4시 간 이하로 된다. 밀봉포장은 히스타민 생성지연에 효과적이지 못하다. 보존료 등은 세균 발육을 억 제할 수 있지만 생선의 경우에는 일차적으로 냉동보존과 같은 온도조절이 히스타민 생성 억제에 가 장 효과적인 것으로 알려져 있다.
치즈 또한 히스타민 유래 식중독을 일으키는 식품으로 치즈 종류로는 Gouda(Doeglas 등, 1967),
치즈 또한 히스타민 유래 식중독을 일으키는 식품으로 치즈 종류로는 Gouda(Doeglas 등, 1967),