루테인은 카로티노이드(carotenoid)계열의 색소들인 잔토필 중 하나로서 생물계에서 널리 발견된다 (그림 1). 루테인은 식물에서만 합성되며 여러 가지 녹황색 채소와 과일 등에 다량 함유되어 있다. 이들 식물성 먹이를 먹은 새들은 루테인을 깃털에 축적해 아름다운 색을 갖게 된다. 난황의 노란색 성분이며, 동물의 지방질에 녹아 있어 지방질의 색을 노랗게 하기도 한다. 사람의 망막에 있는 루테인은 과다한 빛으로부터 눈을 보호한다.
그림 1. 카로티노이드의 종류. 루테인은 잔토필의 일종이다. 각각의 카로티노이드가 나타내는 색으로 글자를 표시했다. 즉 리코펜은 빨강, 카로틴은 주황, 제아잔틴은 노랑으로 표시되고 실제로 해당 색으로 보이는 색소들이다. (출처:한국분자세포생물학회)
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화학구조
루테인은 또 다른 잔토필인 제아잔틴(zeaxanthin)의 이성질체인데 고리 구조 내에 있는 1개의 이중 결합의 위치가 서로 다르다 (그림 2). 따라서 이들은 생체 내에서 서로 전환이 가능한데 그 중간 산물이 바로 메소-제아잔틴(meso-zeaxanthin)이다. 루테인은 지질 친화적으로서 기름에는 잘 녹지만 물에 대한 용해도는 떨어진다. 여러 가지 동물, 특히 식물성 먹이를 다량 섭취하는 조류(birds)의 지방질이 노랗게 보이는 경우가 많은데 이는 기름에 잘 녹는 루테인을 함유하고 있기 때문이다. 루테인이 색을 내는 이유는 짝이중 결합(conjugated double bond)이 여러 개 연결된 탄소 사슬을 가진 폴리엔(polyene)으로서 푸른빛 파장의 빛을 흡수하고 노란색 파장의 빛을 배출하기 때문이다. 따라서 이러한 빛의 흡수와 배출을 반복하는 과정에서 산화되어 분해되기 쉽다. 루테인은 식물에서 수산기에 지방산이 더해진 지방산 에스터(fatty acid ester)로 존재한다. 많은 식물성 기름을 추출하면 노란색으로 보이는 이유이기도 하다.
그림 2. 루테인의 화학구조. 루테인은 메소-제아잔틴을 거쳐서 한 쪽 고리의 이중 결합의 위치가 바뀐 이성질체인 제아잔틴으로 전환할 수 있다. (출처:분자세포생물학회)
사람의 눈과 루테인
루테인은 다른 루테인 이성질체인 메소-제아잔틴, 제아잔틴과 함께 사람의 안구 내 망막의 약간 패인 자국처럼 보이는 황반(macular lutea)에 많이 축적되어 있다. 이들 3가지 잔토필의 황반 내 분포는 서로 다른데 루테인은 가장 광범위한 부분에서 발견된다 (그림 3). 황반은 망막의 한 가운데 위치하여 가장 빛을 많이 받는 부위이고, 색을 감지하는 광수용체(photoreceptor)들이 가장 많은 곳이다. 따라서 과다한 빛의 조사에서 야기되는 산화 과정을 막는 항산화제로서 그 역할을 하며, 눈을 보호한다. 소량의 루테인과 제아잔틴을 식이보충제(dietary supplement)로 먹으면 노화가 오면서 황반 기능이 떨어져 시력이 저하되고 상실될 수 있는 노안황반변성(age-related macular degeneration)을 예방하거나 악화되는 것을 막는데 도움을 준다는 것이 알려져 있다. 이는 2000년대 미국의 국립안연구소(National Eye Institute)가 두 차례에 걸쳐서 광범위하게 연구한 노안질환연구(Age-related eye disease studies: AREDS와 AREDS2)의 결과로 밝혀졌다. 이들 연구 결과를 바탕으로 권장되는 식이보충식이(dietary supplement formulation)는 다음과 같다.
- 500 밀리그램 비타민 C
- 400 IU 비타민E
- 80 mg 아연(Zn) (아연산화물로 섭취)
- 2 mg 구리(Cu) (구리산화물로 섭취)
- 10 mg 루테인
- 2 mg 제아잔틴
루테인과 제아잔틴의 섭취는 백내장(cataract)의 위험도를 낮추는 것으로도 알려져 있으나 AREDS 연구 결과는 유의미한 효과가 나타나지 않았다.
그림 3. 황반내 루테인의 분포. 사람의 망막내 황반에는 메소-제아자틴, 제아잔틴, 루테인의 세 가지 잔토필이 존재하눈데, 루테인은 중앙이 아닌 바깥쪽으로, 가장 넓은 부위를 차지한다 (출처: 위키피디아)
[네이버 지식백과] 루테인 [Lutein] (분자·세포생물학백과)