비타민 K

비타민 K는 1929년 덴마크의 생화학자 헨리크 담(Henrik Dam)이 닭을 대상으로 콜레스테롤 대사 실험을 진행하던 중 우연히 발견하였다^[5][6]. 지방과 콜레스테롤이 거의 완전히 제거된 합성 사료를 먹인 닭들의 피하와 근육에서 심각한 출혈이 발생하고 혈액 응고 속도가 비정상적으로 지연되는 현상이 관찰되었다^[5][6].

초기에는 괴혈병 등의 원인이 되는 비타민 C 결핍을 의심하여 비타민 C와 여러 기지(旣知)의 영양소를 투여하였으나 증상이 호전되지 않았다^[6]. 이를 통해 헨리크 담은 기존에 알려진 물질들과는 다른 새로운 지용성 영양소가 결핍되었음을 직감하였고, 이 물질의 명칭을 '응고'를 뜻하는 독일어 및 덴마크어인 'Koagulation'의 첫 글자를 따서 비타민 K라고 명명하였다^[6][7][8].

이후 미국의 생화학자 에드워드 애들버트 도이지(Edward Adelbert Doisy)가 비타민 K의 분자 구조와 화학적 성질을 규명하고 화학적 합성에 성공하였다^[9]. 이 두 과학자는 비타민 K의 발견 및 생리학적 메커니즘을 밝혀낸 공로를 인정받아 1943년 노벨 생리의학상을 공동 수상하였다^[7][9].

비타민 K는 메틸화된 나프토퀴논(Naphthoquinone) 고리 구조를 공통 분모로 지니며, 이 고리의 3번 위치에 결합된 소수성 측쇄(side chain)의 형태와 탄소 사슬 길이에 따라 크게 비타민 K₁, K₂, K₃로 분류된다^[2][10].

• 비타민 K₁ (필로퀴논, Phylloquinone): 화학식은 C₃₁H₄₆O₂이다^[11]. 녹색 식물의 엽록체 내에서 광합성 반응의 전자 전달계 역할을 수행하기 위해 천연적으로 합성된다^[12]. 시금치, 케일, 브로콜리 등 녹황색 채소와 차나무 잎에 풍부하며, 인간이 일상 식이를 통해 섭취하는 비타민 K의 대부분을 차지한다^[1][3][13].
• 비타민 K₂ (메나퀴논, Menaquinone): 미생물이나 세균에 의해 주로 합성되는 천연 비타민이다^[14]. 동물의 대장 내 상재균에 의해 직접 생성되거나 청국장, 낫토 등 균주 발효 과정을 거친 식품, 혹은 치즈나 육류 등에 소량 분포한다^[1][14]. 측쇄에 결합된 이소프레노이드(Isoprenoid) 구조의 반복 횟수에 따라 'MK-n' 형태로 명명되며, 뼈 대사 조절 및 석회화 억제 등의 체내 기능을 수행한다^[2][14].
• 비타민 K₃ (메나디온, Menadione): 화학식은 C₁₁H₈O₂이다. 측쇄가 존재하지 않는 단순한 형태의 인공 합성 화합물로, 체내에 흡수된 뒤 알킬화 과정을 거쳐 활성 형태로 전환된다^[14]. 과거 동물 사료 등의 용도로 널리 첨가되었으나, 인체 내 과량 유입 시 산화 스트레스를 유발하여 적혈구 막을 손상시키고 용혈성 빈혈 및 황달을 일으킬 위험성이 보고되어 현재 인체용으로는 거의 사용되지 않는다^[14].

분류	화학명 (동의어)	화학식	주요 천연 공급원	주요 기능 및 용도
비타민 K1	필로퀴논	C31H46O2	녹황색 채소, 식물성 기름, 녹차 잎[1][3][4]	간의 혈액 응고 인자 활성화[1][15]
비타민 K2	메나퀴논	변동 (예: MK-4는 C31H40O2)	청국장, 낫토, 치즈, 장내 세균[1][14]	골조직 칼슘 침착, 석회화 방지[2][15]
비타민 K3	메나디온	C11H8O2	없음 (인공 합성물)[14]	동물 사료 첨가용 (인체 사용 제한)[14]

비타민 K는 간을 비롯한 체내 여러 조직에서 특정 단백질 분자들의 감마-글루타밀 카복실화(γ-glutamyl carboxylation)를 유도하는 필수 조효소로 작용한다^[2][15].

혈액 응고 작용

간에서 합성되는 혈액 응고 인자인 프로트롬빈(Factor II), 인자 VII, IX, X는 생성 단계에서 불활성 단백질 형태로 존재한다^[15][16]. 이들 단백질 분자 내의 글루탐산(Glutamate) 잔기가 비타민 K의 도움을 받아 감마-카복시글루탐산(Gla) 잔기로 변환되면 칼슘 이온과의 강력한 킬레이트 결합 능력을 획득하게 된다^[2]. 이 과정을 거쳐 응고 인자들이 활성화되어 상처 부위에서 원활한 피브린 망상 구조를 형성하고 지혈 작용을 완성한다^[1][2].

골격 대사와 칼슘 침착 조절

비타민 K는 뼈의 기질 단백질인 오스테오칼신(Osteocalcin)의 카복실화를 자극한다^[2][15]. 활성화된 오스테오칼신은 혈액 중에 떠도는 칼슘 이온을 흡착하여 골 기질에 단단히 결착시키는 역할을 수행하여, 골밀도 감소를 억제하고 전반적인 뼈 강도를 강화하여 골다공증을 예방하는 데 긍정적인 영향을 줄 수 있는 것으로 알려져 있다^[2][15].

혈관 건강 및 석회화 억제

동맥 혈관 벽의 평활근 세포 등에서 분비되는 매트릭스 Gla 단백질(Matrix Gla Protein, MGP) 역시 비타민 K 의존성 단백질이다^[15]. 이 단백질이 비타민 K에 의해 활성화되면 동맥 혈관 벽에 무분별하게 칼슘이 침착되는 석회화 현상을 강력하게 차단하여 혈관의 탄력성을 보존하고 동맥경화와 같은 심혈관 질환 발생 위험성을 낮추는 데 기여할 수 있다고 규명되었다^[2][15].

차나무(Camellia sinensis)의 생잎은 풍부한 양의 비타민 K₁을 포함하고 있다^[17]. 건조 가공을 마친 녹차 잎 100g 속에는 약 1,428㎍가량의 비타민 K₁이 함유되어 있는데, 이는 시금치나 브로콜리 등 일반적인 녹황색 채소보다 수 배 이상 높은 수준이다^[17]. 그러나 일상에서 차를 음용하는 형태에 따라 체내 유입량에는 커다란 편차가 발생한다^[18].

우림차(잎차)의 한계

비타민 K는 물에 녹지 않고 유기용매나 유지류에 녹는 전형적인 지용성 영양소이다^[18][19]. 건조된 찻잎을 뜨거운 물에 우려내어 차탕만을 마시는 침출 방식(센차, 홍차, 우롱차 등)에서는 지용성인 비타민 K₁ 성분이 물로의 거의 침출되지 않는다^[18]. 실제로 우려낸 녹차 액상 100mL당 함유된 비타민 K₁의 양은 약 0.03㎍에 지나지 않으며, 대부분의 비타민 K 성분은 우러나지 않고 찻잎 찌꺼기(엽저)에 고스란히 남아 버려지게 된다^[18][20]. 따라서 단순 침출차 음용은 비타민 K의 유의미한 공급원이 되지 못한다^[20][21].

가루차(말차)의 전엽 섭취 효과

반면, 차나무 싹을 증제하여 말린 뒤 미세한 분말로 갈아 물에 통째로 타서 마시는 말차(Matcha)나 가루녹차의 경우는 양상이 완전히 다르다^[18]. 찻잎의 물리적 입자 전체를 직접 삼키게 되므로 물에 우러나지 않던 지용성 비타민 K₁을 비롯해 비타민 A, 비타민 E, 불용성 식이섬유 등을 그대로 섭취하게 된다^[18]. 말차 가루 1~2티스푼(약 2g)으로 우려낸 한 잔의 차를 마실 경우, 성인의 하루 비타민 K 권장 섭취량에 육박하는 양이 체내로 그대로 공급될 수 있다^[22].

비타민 K는 심혈관 질환 환자들이 혈전 형성을 억제하기 위해 복용하는 항응고제인 와파린(Warfarin)과 길항적 관계를 가진다^[1][16].

길항 작용 기전

와파린은 체내에서 비타민 K의 대사 순환 경로 중 환원 단계를 차단함으로써 간세포 내 활성형 비타민 K의 고갈을 유도하고, 결과적으로 혈액 응고 인자의 활성화를 막아 피가 쉽게 굳지 않도록 작용한다^[2][16]. 이때 외부 음식을 통해 비타민 K가 갑작스럽게 대량으로 유입되면, 약물에 의해 억제되던 환원 경로를 우회하여 비타민 K 의존성 응고 인자들이 다시 비정상적으로 활성화된다^[1][4]. 이로 인해 와파린의 치료 효과가 소멸되어 체내에 혈전이 생성되고, 결과적으로 심근경색이나 뇌졸중과 같은 위중한 합병증을 유발할 위험성이 급증하게 된다^[2][23].

식단 및 차 음용의 조절 원칙

와파린 복용 환자는 혈액의 응고 능력을 나타내는 지표인 국제표준화비율(INR) 수치를 목표 범위로 조절하기 위해 비타민 K의 하루 섭취량을 급증시키거나 급감시키지 않고 상시 일정한 수준으로 균형 있게 조절해야 한다^[24][25].

• 잎차 섭취 시: 일반적인 잎차 형태로 우려낸 녹차나 우롱차 등은 하루 한두 잔 가볍게 마시는 정도로는 비타민 K 섭취량에 큰 변동을 초래하지 않으므로 무방하다^[26][27]. 단, 극도로 짙게 우려낸 녹차를 대량으로 계속해서 장기 복용하는 행위는 약효 감소를 초래할 수 있으므로 주의해야 한다^[27][28].
• 가루차(말차) 및 농축 추출물의 제한: 찻잎을 분말 형태로 고스란히 삼키게 되는 말차나 시중에 판매되는 고농축 녹차 추출물 카테킨 영양제 등은 단시간에 다량의 지용성 비타민 K₁을 신체에 공급하여 와파린의 작용을 심각하게 방해할 수 있다^[24][28]. 따라서 항응고제를 치료 목적으로 정기 복용 중인 환자는 말차나 가루차의 일상적 음용 및 고농축 녹차 영양제 섭취를 엄격히 제한하거나 반드시 주치의와 상의해야 한다^[24][28][29].

비타민 K는 지용성이기 때문에 담즙산염과 미셀(Micelle)의 작용을 받아 소장 상부 영역에서 능동 혹은 수동 수송을 통해 흡수된다^[1][10]. 따라서 식단에 지방 성분(식물성 기름이나 버터 등)이 적절히 동반될 때 비타민 K₁의 생체이용률과 흡수율이 수 배가량 눈에 띄게 높아진다^[12].

장 점막을 통과한 비타민 K는 림프관의 킬로미크론(Chylomicron)에 혼입되어 전신 순환계로 방출되며, 대부분 간 조직으로 우선 수송된다^[10]. 간은 비타민 K를 일차적으로 소비하여 응고 인자들을 활성화하며, 남은 분량은 초저밀도지단백(VLDL)이나 저밀도지단백(LDL)에 실려 혈관벽, 뼈, 연골 등의 말초 조직으로 재배포된다^[10].

다른 지용성 비타민인 비타민 A나 D 등에 비해 비타민 K는 체내 조직에 비축되는 양이 극히 제한적인 편이며, 대사와 배설이 빠르게 진행된다^[10]. 따라서 지속적으로 비타민 K를 외부 식이로부터 원활히 공급받지 못하거나 흡수 장애가 지속될 경우 비교적 단기간에 결핍증에 노출될 수 있는 독특한 생리적 특성을 가지고 있다^[1]. 사용을 마친 대사산물은 간을 통해 담즙 경로로 분비되어 대변으로 배설되거나, 수용성 대사물 형태로 신장을 거쳐 소변으로 배출된다.