설탕 대신 사용하는 인공 감미료가 극소량으로도 강한 단맛을 낸다고 합니다. 그 원리를 혀의 미각 수용체와 분자 구조의 결합력의 관점으로 설명해 주세요.

Question

설탕 대신 사용하는 인공 감미료가 극소량으로도 강한 단맛을 낸다고 합니다. 그 원리를 혀의 미각 수용체와 분자 구조의 결합력의 관점으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

혀에는 단맛을 감지하는 T1R2–T1R3 단맛 수용체가 존재합니다. 이 수용체는 특정한 분자가 결합하면 활성화되어 뇌로 신호를 보내고, 우리는 이를 ‘단맛’으로 인식하게 됩니다. 설탕 분자는 수용체에 결합해 단맛을 유발하지만, 인공 감미료는 설탕과는 다른 독특한 분자 구조를 가지고 있으면서도 수용체와 결합할 수 있는 입체적 특징을 지니고 있습니다.

일부 인공 감미료는 수용체와의 결합력이 설탕보다 훨씬 강하거나 안정적입니다. 즉, 수소결합이나 소수성 상호작용 같은 분자 간 힘을 더 효과적으로 형성하여 수용체를 더 오래, 더 강하게 활성화시킵니다. 그 결과, 아주 적은 양의 인공 감미료만으로도 수용체가 강하게 자극되어 뇌에 전달되는 신호가 크게 증폭됩니다.

이 때문에 설탕은 g 단위로 섭취해야 단맛을 느낄 수 있는 반면, 아스파탐이나 수크랄로스 같은 인공 감미료는 mg 또는 μg 단위의 극소량만으로도 설탕보다 수십 배에서 수백 배 강한 단맛을 내게 됩니다. 결국, 인공 감미료의 강한 단맛은 분자 구조가 단맛 수용체와 더 강하게 결합하여 신호를 증폭시키는 특성에서 비롯된 것입니다.

Answer 2

안녕하세요.

설탕 대신 사용하는 인공 감미료가 극소량으로도 강한 단맛을 내는 이유는 혀에 있는 단맛 수용체와의 결합 효율과 결합력이 설탕보다 높기 때문입니다. 혀의 단맛 수용체는 주로 T1R2–T1R3 단백질 복합체로 이루어져 있습니다. 이때 특정 분자가 이 수용체에 결합하면 신호가 전달되어 단맛으로 인식되는 것인데요, 이때 단맛의 강도는 단순히 분자의 양이 아니라, 수용체에 얼마나 잘 결합하고 얼마나 강하게 활성화시키느냐에 의해 결정됩니딘.

설탕의 경우에는 분자 구조가 단순하고 수용체와의 결합 부위가 제한적이어서 결합력이 중간 정도인데요, 따라서 충분한 단맛을 느끼기 위해서는 비교적 많은 양이 필요합니다. 반면 인공 감미료는 분자 구조가 수용체의 결합 부위에 매우 잘 맞도록 설계되어 있습니다. 즉 수소 결합, 소수성 상호작용, 정전기적 인력 등 여러 가지 분자 간 상호작용을 동시에 형성할 수 있다보니 이로 인해 수용체에 더 강하게 결합하고, 더 오래 머물면서 신호를 증폭시킵니다. 또한 일부 인공 감미료는 수용체의 여러 결합 부위에 동시에 작용하여 신호를 증폭하는 효과를 내는데요 즉, 하나의 분자가 결합했을 때도 수용체가 강하게 활성화되기 때문에, 매우 적은 농도에서도 뇌는 강한 단맛으로 인식하게 되는 것입니다. 감사합니다.