탄수화물, 단백질, 지방이 에너지가 되는 과정

1.에너지가 필요한 이유

우리 몸은 살아있는 동안 기본적인 생명 유지를 위해 끊임없는 에너지 공급이 필요하다. 운동을 하거나 일을 할 때, 잠을 자는 동안에도 계속해서 에너지 소비가 일어난다. 이렇게 중요한 우리 몸의 연료인 에너지는 어디서 가장 많이 얻을 수 있는지 알고 있는가?

사람은 음식을 섭취하는 방법으로 에너지를 가장 많이 얻는다. 섭취한 음식물의 영양소는 탄수화물, 단백질, 지방의 형태로 체내에 들어온다. 체내에 들어온 영양소는 몸속에서 분해되고 다시 합성되는 화학적 반응을 거쳐 신체 활동에 필요한 물질과 에너지를 만들어 내게 된다. 이러한 방식으로 우리 몸 안에서 일어나는 화학적 반응을 '대사'라고 한다.

사람의 몸속에서 일어나는 에너지 대사 과정은 음식으로 우리 몸에 들어온 에너지원들이 다양한 과정을 통해 반응이 일어나게 되며 탄수화물, 지방, 단백질 대사 모두 다양한 과정을 통해 반응이 일어나게 된다.

이 반응을 쉽게 말하자면 우리 몸은 한가지의 에너지원만 사용해서 에너지를 만들어 내지 않고 대사 과정의 시작은 서로 다른 에너지원이 있어야 하기 때문에 다르지만 여러 화학적 반응을 통해 무산소성 대사와 유산소성 대사를 필요에 따라 사용하게 되는 것이다.

2. ATP(adenosine triphosphate)

탄수화물, 단백질, 지방 그 자체로는 체내에서 에너지로 쓰일 수 없다. 우리 몸에 들어온 음식물이 소화라는 과정을 통해 잘게 부서지면서 에너지를 만들고 저장해 두는 과정을 ATP라고 한다.

ATP는 체내에 저장되어 있다가 우리가 운동이나 여러 가지 활동을 할 때 에너지로 사용된다. 쉽게 말해서 대중교통도 연료가 있어야 앞으로 나아갈 수 있는 것처럼 우리가 다양한 움직임을 할 때 필요한 연료가 ATP이다.

ATP는 우리 몸이 대량으로 생산에 저장해 두는 것이 아니라 소량씩 만들어 저장하기 때문에 운동을 포함한 일상생활을 하기 위해서는 계속해서 ATP를 만들어 내야 한다.

ATP는 탄수화물, 단백질, 지방을 태워서 생산 해내는 것인데 한꺼번에 모두 태워 ATP를 생산 해내는 것이 아니라 상황에 따라 먼저 태우는 영양소가 정해진다. 왜냐하면 탄수화물, 지방, 단백질의 에너지 대사 과정이 달라 각각의 에너지원을 분해해 에너지를 만드는 데 걸리는 시간이 다르기 때문이다.

우리가 쉴 때나 일상생활을 할 때 필요한 에너지는 탄수화물과 지방에서 얻으며 단백질은 우리 몸 안에서 일어나는 화학 반응을 돕는 효소, 신체를 구성하는 재료로 먼저 사용되게 된다. 단백질도 탄수화물과 지방처럼 에너지원으로 사용될 수는 있지만 탄수화물과 지방처럼 먼저 사용되지는 않는다.

3.칼로리(calorie:Cal)롸 킬로칼로리(kilocalorie:Kcal)

다양한 에너지들을 알아보기 전에 에너지를 설명하는 단위를 알고 있어야 한다. 많은 사람이 calorie와 kilocalorie를 많이 헷갈린다. calorie와 kilocalorie는 식품 뒷면에 보이는 영양 성분 표에서 확인 할 수 있다.

모든 에너지는 결국엔 열로 바뀌게 된다. 우리가 운동하게 되면 체내에 저장된 에너지가 쓰이면서 열이 나게 된다. 이때 생기는 열의 양을 계산하면 우리 몸이 얼마만큼 칼로리(calorie)를 소비하게 됐는지 알 수 있다. 대중적으로 칼로리라는 말을 많이 쓰는데 인체의 에너지를 말할 때는 킬로칼로리(kilocalorie)가 더 정확한 용어이다.

1kcal(킬로칼로리)는 100cal(칼로리)와 같다.

 

4.탄수화물

음식으로 섭취한 탄수화물은 제일 먼저 탄소가 6개인 글루코스 형태로 바뀌어 혈액을 통해 신체 곳곳으로 운반되기 시작한다. 글루코스는 우리가 흔히 알고 있는 포도당으로 요즘엔 혈당이라고도 많이 부르는 물질이다. 체내에서 운반이 완료되어 흡수된 탄수화물은 근육과 간으로 이동해 조금 더 복잡한 복합당인 글리코겐으로 저장되어 있다가 ATP로 전환돼 에너지로 사용할 수 있게 된다. 하지만 근육과 간에 저장될 수 있는 글리코겐의 양은 제한되어 있기 때문에 글리코겐으로 저장되지 못한 남은 탄수화물은 지방으로 바뀌게 된다.

반대로 사용해야 하는 에너지양이 너무 많게 되면 저장되어 있던 글리코겐을 에너지로 쓰게 되는데 금세 고갈되기 때문에 평소 활동량이 많은 사람들은 부족한 글리코겐의 보충을 위해 탄수화물을 잘 섭취해야 한다.

탄수화물을 충분히 섭취하지 못하게 되면 근육의 주된 에너지원이 고갈되게 되며 탄수화물은 두뇌에서 사용되는 유일한 에너지원이기 때문에 탄수화물이 우리 몸에서 고갈되게 된다면 두뇌 인지 능력에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.

 

5.단백질

단백질은 아미노산이라고 불리는 단위로 분해되어 신체의 중요한 조직과 효소를 구성한다. 아미노산에는 20가지가 넘는 종류들이 있다. 이 중 9개의 아미노산이 필수 아미노산으로 몸 안에서 합성이 되지 않기 때문에 꼭 음식으로 섭취해야 한다.

단백질은 에너지원으로 사용될 수 있다. 1g의 단백질은 약4.1kcal의 에너지를 생성한다. 무한대로 에너지를 생성하는 것은 아니고 장시간 동안의 신체 활동에서 필요한 에너지의 5%~10%까지만 공급할 수 있다. 체내의 단백질은 아미노산으로 분해된 후 에너지로 사용된다. 에너지로 사용되기 전에 첫 번째로 아미노산이 간에서 글루코스 형태로 전환되어야 하는데 당이 아닌 물질로부터 당을 생성하는 과정을 글루코스 신생합성(gluconeogenesis) 또는 당 신생합성이라고 한다.

글루코스 신생합성(gluconeogenesis)은 말 그대로 글루코스(glucose)와 신생(neogenesis)이라는 단어가 합쳐져 글루코스가 새로 생긴다는 뜻이다. 주로 아미노산, 글리세롤 등과 같은 당이 아닌 물질로부터 당을 생성하는 과정이다.

 

6.지방

지방은 우리 몸속에서 네 가지 형태로 존재한다. 첫째, 근세포가 에너지를 생산하기 위해 사용되는 지방 형태인 지방산(fatty acid) 둘째, 이 지방산이 체내에 저장된 형태인 중성지방(triglyceride) 셋째, 근육의 에너지로는 사용되지 않지만 세포막의 구조를 형성하거나 신경세포 내부에서 절연체 역할을 하는 지방 형태인 인지질(phospholipid) 마지막 넷째, 세포막을 구성하는 콜레스테롤과 같은 스테로이드가 있다. 체내에 지방 형태로 저장된 잠재적인 에너지는 우리가 생각하는 것보다 전체적으로 모두 탄수화물 저장량보다 훨씬 많다.

지방은 장시간 지속되는 강도가 낮은 운동을 할 때 매우 많은 에너지를 제공한다. 중성지방(triglyceride)은 복잡한 형태를 띠고 있어서 에너지로 쓰이기 위해서는 먼저 글리세롤(glycerol)과 유리지방산(free fatty acids)으로 분해되어야 한다. 글리세롤과 유리지방산 중 유리지방산만 ATP를 생성하는 데 사용된다. 글리세롤은 직접적으로 근육을 위한 에너지원으로 사용되지는 않지만, 간에서 포도당을 합성할 때 사용되어 사람의 몸에서 너무나도 중요한 에너지원이다.

 

7.에너지 생산 속도 조절

에너지 생산의 속도는 주로 두 가지에 의해 결정이 되게 된다. 탄수화물과 지방 같은 사용할 수 있는 에너지원과 효소에 의해 결정이 된다. 먼저 에너지로 전환이 가능한 에너지원이 있어야 하며 효소라는 단백질 분자가 화학적 화합물의 분해인 이화작용(catabolism)을 촉진한다. 효소는 화학 반응이 수월하게 시작될 수 있도록 반응의 역치 구간을 낮춤으로써 반응 속도를 촉진하는 역할을 한다.

일반적인 대사가 이루어지는 과정에서는 대사 과정의 속도를 조절해 주는 속도조절효소가 있다. 주로 대사 경로의 초반에 위치하는데 대사 과정 막바지에 생성되는 반응물의 양에 따라 네거티브피드백(negative feedback) 또는 음성 되먹임 작용이 일어나게 된다. 음성 되먹임이란 반응물의 많이 생성되면 생성을 그만해도 된다고 속도조절효소에 보내게 되고 그로 인해 효소 활성을 감소시켜 생성물을 불필요하게 만들지 않도록 하는 작용이다.