탄수화물, 지방, 단백질 대사, 필수 영양소, 비타민 (밴더 생리학)

[문형철]

beyond reason

미량원소 치유의학의 세계

탄수화물, 지방, 단백질의 대사

- 세가지 연료분자들(탄수화물, 지방, 단백질)이 어떻게 ATP를 생성하는 과정들로 진입해 들어가는지 알아보자. 

# 탄수화물 대사

1) 탄수화물 이화작용

- 해당과정을 통해 포도당이 피루브산(호기성) 또는 젖산(혐기성)으로 분해되는 것, 그리고 크렙스 회로와 산화적 인산화를 통하여 피루브산이 이산화탄소와 물로 대사되는 것

- 포도당이 이산화탄소와 물로 분해되는 동안 에너지 양은 포도당 1몰당 686kcal

  이 에너지의 약 40%는 ATP로 전환됨. 

2) 글리코겐 저장

- 근육과 간에 포도당은 글리코겐 형태로 저장됨

- 공복상태(혈액내 포도당부족)에는 글리코겐이 포도당으로 분해됨. 

3) 포도당 합성

- 포도당은 글리코겐 분해에 의해서 간에서 만들어지기도 하지만 간, 신장에서는 글리세롤과 아미노산의분해과정 동안 생긴 중간체물질로부터 합성하기도 함. 비탄수화물 전구물질에서 새롭게 포도당을 만들어내는 과정을 포도당 신생(Gluconeogenesis)라고 함. 

- 포도당 신합성에 주로 사용되는 기질은 '젖산과 아미노산'의 분해과정에서 생성되는 피루브산임. 

# 지방대사

1) 지방 이화작용

- TG(중성지방)는 3개의 지방산들이 1개의 글리세롤에 연결되어 있음. 

  지방은 체내에 저장된 에너지의 약 80%를 차지함. 

  휴식하는 동안 근육, 간, 신장에 의해 사용되는 에너지의 절반은 지방산의 분해에 의해서 만들어짐.

- 지방산의 분해는 미토콘드리아 내에서 일어남. 

  크렙스 회로와 산화적 인산화를 통해.

2) 지방합성

- 지방산의 합성은 지방산의 분해과정의 역으로 진행. 

- 합성경로에 쓰이는 효소들은 세포질에 존재하는 반면, 지방산을 분해하는 효소들은 미토콘드리아에 있음. 

- 포도당은 지방으로 쉽게 전환되지만 지방의 지방산 부분은 포도당으로 전환될 수 없음. 

# 단백질과 아미노산 대사

- 단백질 합성의 복잡함과 대조적으로 단백질 분해에는 아미노산 사이트의 펩티드 결합을 끊는(단백질분해, Proteolysis라는 과정) 단백질분해효소(protease)라고 일컫는 오직 몇가지 효소를 필요로 함. 

- 아미노산들은 ATP합성을 위한 에너지를 제공하기 위해 분해될 수 있으며 단백질이 아닌 수많은 다른 분자들의 합성을 위한 중간체 물질을 제공할 수도 있음. 20개의 서로다른 아미노산이 있기 때문에 수많은 종류의 중간체 물질이 형성될 수 있고 또한 이들을 가공하는 수많은 경로가 있을 수 있음. 

- 산화적 탈아미노반응으로 만들어진 암모니아는 축적되면 세로에 상당한 독이 됨. 다행히 암모니아는 세포막을 투과해 혈액으로 들어가고 이로 인해 간에 도달하게 됨. 간은 오소를 형성하기 위해 두 분자의 암모니아를 이산화탄소에 연결시키는 효소를 지니고 있음. 따라서 별로 독성이 없는 요소가 단백질 분해대사의 주요 질소폐기물이 되는 것임. 이것은 간에서 혈액으로 들어가고 신장에서 오줌으로 배설됨. 

- 식사를 통해 다른 아미노산들이 아미노기 전달을 위한 아미노기를 제공하기 위해 제공된다면 포도당은특정 아미노산을 합성하는데 이용될 수 있음. 그러나 20개의 아미노산 중 11개만 이 과정에 의해 만들어짐. 특정 9개 케토산은 다른 중간체 물질로부터 합성될 수 없기 때문. 따라서 우리는 음식으로 섭취해야 함. 이를 필수아미노산이라고 부름. 

1) 섭취한 단백질로서 창자에서 소화되는 동안 아미노산으로 분해되는 것들

2) 탄수화물과 지방으로부터 유래된 케토산으로부터 비필수 아미노산들의 합성

3) 신체구성 단백질들의 끊임없는 분해

- 필수 아미노산이 식사에 결핍되어 있으면 음성질소 균형 즉 순손실이 일어남. 결핍된 아미노산을 필요로 하는 단백질은 결국 합성될 수 없고 이들 단백질에 참여해 들어간 다른 아미노산들은 대사됨. 

- 세가지 모든 유기분자들은 몇가지 중간체 물질을 통해 크렙스 회로에 진입할 수 있으며 따라서 이들 모두는 ATP 합성을 위한 에너지원으로 사용될 수 있음. 

- 포도당은 피루브산, 올살로아세트산, 아세틸조효소 A와 같은 일반 중간체 물질을 통해 지방 혹은 아미노산으로 전환될 수 있음. 비슷하게 몇몇 아미노산들도 포도당과 지방으로 전환될 수 있음. 

- 그러나 피루브산이 아세틸조효소A로 바뀌는 반응이 비가역적이어서 지방산은 포도당으로 전환될 수 없고, 대신 중성지방의 글리세롤 부분은 포도당으로 전환될 수 있음. 

- 지방산은 몇몇 아미노산을 만들기 위해 케토산류의 분자들이 필요에 따라 에너지를 공급하기 위해 사용될 수도 있고, 다른 모든 분자는 아니지만 대부분은 합성할 수 있는 원료물질을 제공할 수도 있는 고도로 연계되어 있는 종합적 과정임.

필수 영양소

- 정상적인 혹은 적절한 신체기능을 위해서 반드시 필요한 50여가지 물질이 우리몸에서 전혀 합성되지 않거나 그들이 몸 밖으로 배출되거나 분해되는 정도를 따라잡지 못할정도로 만들어짐. 이런 물질들을 우리는 필수영양소라고 한다. 이들은 일정비율로 우리몸에서 이들이 제거되므로 우리는 먹은 음식에 꾸준히 이들이 포함되어야만 함. 

필수영양소라는 용어는 두가지 기준을 만족하는 물질. 

첫째, 그들이 건강을 위해 필수적이어야 하고, 

둘째, 적당량 신체에서 합성되지 않는다는 것. 

7가지 무기질 원소(필수영양소)

- 칼슘, 인, 칼륨, 황, 나트륨, 염소, 마그네슘

- 물은 약 1.5리터, 아미노산 메티오닌은 약 2그램 정도 필요하지만, 비타민인 티아민의 경우 하루에 단지 1mg정도가 필요할 뿐이다. 물은 신체가 합성할 수 있는 양보다 오줌, 피부, 그리고 호흡기를 통해 훨씬 더 많이 유실되므로 필수영양소이다(물은 산화적 인산화과정에서 최종생성물로 만들어지며, 또한 여러 다른 대사경로중에서도 만들어 질 수 있음을 상기하라). 그러므로 체내 물의 평형을 유지하기 위해선 물의 섭취가 필수적이다. 

무기질 원소들도 신체가 합성하거나 분해할 수 없는 물질로 끊임없이 오줌이나 분변, 그리고 여러 형태의 배설물로 유실된다. 주요 무기질들은 상당히 많은 양이 제공되어야 하지만 아주 미량이 필요한 경우도 있다. 

우리는 이미 20개의 아미노산들 중 9개의 필수아미노산임을 얘기하였다. 2개의 지방산인 리놀렌산과 리놀렌산은 여러개의 이중결합을 갖고 있으면서 화학적 신호전달체계에서 매우 중요한 역할을 하는 필수영양소이다. 세가지 추가적인 필수 영양분 즉 이노시톨, 콜린, 카르니틴은 뒤에 나올 여러장에서 설명되는 기능을 수행하지만 필수 영양소외의 다른 보통의 영역에 속하지 않는다. 마지막으로 비타민이라 알려진 필수 영양분의 영역은 특별한 주목을 받을만하다.

비타민

비타민은 14개의 유기필수 영양소들로 식사를 통해 매우 적은 양이 필요하다. 발견된 첫 비타민들의 정확한 화학구조는 당시 알려지지 않았으며 이들은 단순하게 알파벳의 문자로 이름붙여졌다. 비타민 b는 이제는 비타민 B 복합체라고 알려진 8개의 물질로 이루어져 있음이 밝혀졌다. 식물과 세슘들은 비타민합성을 위한 효소들을 갖고 있다. 우리는 식물이나 이들 식물을 먹은 동물고기를 섭취함으로써 이들 비타민들을 얻을 수 있다. 

수용성 비타민, 지용성 비타민

비타민들은 특별한 화학적 구조를 갖고 있지 않으나 수용성비타미과 지용성 비타민들로 나눌 수 있다. 수용성 비타민들은 NAD+, FAD, 조효소 A와 같은 조효소의 일부를 구성한다. 일반적으로 지용성 비타민(A, D, E, K)은 조효소로서의 기능을 하지 않는다. 예를들어 비타민 A(레티놀)은 눈에서 빛에 민감한 색소를 만드는데 사용되고, 따라서 이 비타민의 결핍은 야맹증에 걸리게 한다. 각 지용성 비타민의 특수한 기능에 대해선 다음 장에서 설명될 것이다. 

비타민들 중 몇몇은 다른 분자들에게서 에너지를 방출시키는 화학반응에서 조효소로 참여하지만 비타민의 분해가 화학에너지를 제공하지는 않는다. 식사를 통해 어떤 최소량을 넘게 비타민의 양을 늘린다고 반드시 그 비타민이 조효소로 기능을 하는 효소들의 역가를 증가시키지 않는다. 매우 적은 양의 조효소가 그들을 필요로 하는 화학반응에 참여하고, 이 수 이상으로 농도를 높인다고 반응속도가 빨라지지 않는다. 섭취된 많은 양의 비타민 운명은 그 비타민이 수용성인가 지용성인가에 따라 달라진다. 식사 중 수용성 비타민의 양이 증가하면 오줌으로 배출되는 양도 그만큼 증가하므로 체내에 이들 비타민이 축적되는 것은 제한되어 있다. 반면에 지용성 비타민들은 콩팥에서 거의 배출되지 않고 지방조직의 지방에 녹기 때문에 체내에 축적될 수 있다. 지용성 비타민들을 너무 많이 섭취하면 독성효과를 초래할 수 있다.