영양소의 체내 에너지대사
(음식물로부터 ATP 생성)
모든 생물은 어떤 형태로든 에너지를 얻고, 이 에너지를 이용하여 신체에 필요한 물질을 합성함으로써 생명을 유지하고 있다.
생체의 에너지는 음식물(地氣)로부터 얻은 영양소의 산화에 의하여 공급되며 산화는 결국 호흡에
의하여 섭취된 산소(天氣)에 의존하므로 산소 소비량의 측정은 에너지대사 연구의 핵심을 이룬다.
음식물 중 탄수화물이나 지방은 생체 안에서 완전히 산화되어 CO2와 H2O로 되므로 몸 밖에서 연소한 경우에 생기는 칼로리와 같은 양의 칼로리를 얻는다.
S나 P를 함유한 경우에 황산염, 인산염까지 산화된다.
그러나 질소를 함유하고 있는 단백질의 경우에는 완전히 산화되어 질산염으로 되는 것이 아니라
칼로리가 많은 요소의 형태로 되어 몸밖으로 배설되므로 몸 밖에서 연소되어 얻는 칼로리보다는
적은 양만이 몸 안에서 이용된다.
음식물 속에 함유되어 있는 영양소에는 단백질, 지방, 탄수화물, 비타민 및 무기물질 이 있으며 이들을
5대 영양소라 부른다.
영양소의 작용은 영양소에 따라 각각 다르지만 체내에서 소요되는 열원이 되어 에너지를 공급하는
열량소(탄수화물, 지방, 단백질)와 인체의 여러 기능을 조절하는 조절소(비타민 및 무기질, 수분),
그리고 체조직의 구성 성분이 되어 인체의 성장, 체내 소모 물질의 보수원인 구성소(열량소, 조절소)로 분류된다.
대사과정에는 물질합성적인 변화를 일으키는 동화작용과 물질분해적인 변화를 일으키는 이화작용의
두 가지가 있으며, 체내에서 유기물을 합성하거나 분해하는 데에는 반드시 에너지의 전환이 뒤따른다. 이것을 “에너지 대사”라 한다.
단백질 탄수화물 지방 ─┐
↓ ↓ ↓ ↓ │제1단계
아미노산 포도당 ←─┐ 글리세롤 지방산 ─┘위장관에서의 소화
│ ││ ↓ │ │ │ ││ ─┐
│ ││ ┌─────┐ ↓ │ │ ││ │
│ ││ │ 포도당 │글리코겐 │ │ ││ │
│ ││ │ ↓ │ │ └──┘│ │제2단계
│ ││.ATP ⇦│당분해작용│←────┘ ↓ │ │조직세포내에서의
↓ │└───→│ ↓해당│작용 중성지방 │ │동화작용과 이화작용
단백질│ │ 피루빈산⇄젖산 │ │
│ └─────┘ │ │
NH3←│ ↓ CoA │ │
└────→ Acetyl 조효소A ←────────┘ ─┘
↓ ─┐
┌→───→──┐ │
2H ←│ 크레브 회로 │→CO2 │
│ └─←───←─┘ │제3단계
└→┌─────────┐ │미토콘드리아에서의
O2 ─→│산화적 인산화반응│─→ H2O │산화적 분해
│전자수송 연쇄에서 │ │
└─────────┘ ─┘
→이화작용 ⇩ ⇗ ADP + Pi 크레브회로(Kreb's cycle)
→동화작용 ATP ⇨ 일 ⇨ 熱 = 구연산회로(citric acid cycle)
ATP 생성의 대한 주요 기전은 산화적 인산화이다.
산소가 이용될 수 있는 때에 이 작용이 일어난다. 탄수화물이 혐기적(산소없는) 조건하에서
젖산(유산)으로 되는 과정인 당분해작용(해당작용; glycolysis)에 의해서도 ATP가 생성될 수 있다.
전자수송 연쇄에서 생성된 에너지는 ADP에 무기인산(Pi)을 결합시켜 고에너지 화합물인 ATP를
형성하는데 이용된다. ATP에서 나오는 에너지는 다음과 같이 쓰인다.
예를 들면;
① 막 수송을 위해: 나트륨(Na+), 칼륨(K+) 등이 세포막을 통과해 수송되는 데에는 에너지 의 소비가
요구된다.
② 화학물질의 합성을 위해: 1개의 단백질을 합성하기 위해 수많은 ATP 분자가 에너지를 방출해야
한다.
③ 기계적인 일을 하기 위해: 근육섬유의 수축은 막대한 양의 ATP 소비가 요구된다.
음식물에 저장된 에너지는 그 자신의 고인산 화합물인 ATP를 만들기 위해 세포에 의해 방출된다.
음식물의 소화흡수
탄수화물과 지방은 energy를 내는 중요한 음식물이다.
단백질은 energy를 내지만 주로 원형질을 형성하고 보상하는데 사용된다.
당질(탄수화물)의 분류
① 단당류: 포도당, 과당, 갈락토스
② 이당류: 자당, 유당(젖당), 맥아당
③ 다당류: 글리코겐(Glycogen), 전분(Starch). 소화불가능 다당류; 섬유소(Celluose), Pectins
지방의 분류
① 단순지방: 유지류(중성지방과 glycerol ester; glyceride), 밀랍
② 복합지방: 인지질(신경계통, 간장, 골수에 多), 당지질(뇌신경에 多), 지단백
③ 유도지방: 지방산(포화지방산-동물지방, 불포화지방산-식물지방), 글리세롤, Sterols(steroid족),
Cholesterol, 지용성 비타민
단백질의 분류
① 단순단백질: 아미노산(albumin, globulin, glutelin, histone 등)
② 복합단백질: 핵단백질, 인단백질, 당단백질, 지단백질, 색소단백질 등.
음식물이 인체의 물질로 전환되는 것은 소화관내에서 효소(enzyme)의 작용하에 화학적인 분해로
좀더 작은 유기적 단위로 되는 것이다.
단백질(Protein)→(pepsin, tripsin)→ 아미노산→혈류로 흡수→ 간에서 혈청 albumin을 합성
탄수화물(Carbohydrate)→(amylase, maltase, lactase)→ 포도당→근육과 간세포에 glycogen (당원질)로 합성된다.
지방(Lipid)→(lipase)→ glyceride→ 림프나 혈류로 흡수된다
지방산과 glycerol → 인체지방(중성지방)으로 합성된다.
이화작용(異化作用)
화학에너지가 방출되는 자유에너지 감소반응이므로 생체활동에 필요한 에너지를 공급해준다
세포내에서 이루어지는 이화작용으로 가장 일반적인 예는 탄수화물이 산화 분해되어 ATP의 합성을
통하여 생체 활동에 필요한 에너지를 공급하는 것이다.
녹말, 글리코겐 등의 다당류는 포도당으로 분해된 후 ‘해당경로’를 거쳐 피루브산으로 되고, 산소를
이용할 수 있는 경우에는 ‘TCA 회로(시트르산 회로)’에 의하여 완전히 산화 분해되어 이산화탄소와
물이 된다.
산소 공급이 불충분하면 피루브산은 직접 환원되어 젖산이 되든가 아세트알데히드로 되었다가
환원된다.
* 영양소의 산화
영양소가 조직 내에서 산화되는 과정은 분해 도중에 여러 가지 효소가 관여하여 산화 분해하는
중간대사의 존재한다.
거기서 영양물질이 가지고 있는 에너지를 차례로 방출하면서 물과 이산화탄소를 발생시키고,
비휘발성 물질인 요소나 요산 등으로 분해된다.
여기서 필요로 하는 산소는 공기 중에서 吸氣에 의해 폐에서 흡수되고, 이산화탄소는 폐에서 呼氣에
의해 공기 중으로 배출된다.
그러므로 체내 에너지 소비의 균형(調節)은 호흡가스의 대사로 유지할 수 있다.
(“肺者, 相傳之官, 治節出焉”)