에너지 대사의 이해(무산소성 해당작용)

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2. 에너지원

 

• 음식 영양소의 구성 : 탄소, 수소, 산소, 질소
• 영양소의 결합이 깨지면서 에너지 방출

: 아데노신 삼인산(adenosine triphosphate, ATP)

• 탄수화물과 지방 : 분해되면서 에너지 생성
• 단백질 : 신체의 구성재료
• 안정시 탄수화물과 지방 1:2 비율로 쓰임
• 운동강도가 높아질수록 지방 비중 감소, 탄수화물 사용 증가

 

1) 탄수화물

 

• 탄수화물 -> 글루코스 -> 혈액을 통해 운반
• 휴식시 탄수화물 -> 글리코겐 저장(간, 근육)
• 적절한 탄수화물 섭취가 필요(고갈 대비)

① 운동강도 높을수록 탄수화물로부터 공급

② 휴식 35~40% , 가벼운 운동 50%, 고강도 운동70~80%

• 단시간 운동 전보다 장시간 운동전, 운동중 탄수화물 섭취는 도움

 

2-1) 지방

 

• 탄수화물 보다 더 많이 저장 가능

: 탄수화물 : 2,000kcal, 지방:70,000kcal

• 에너지 제공

① 탄수화물(4kcal/g), 지방(9kcal/g)

② 트리글리세라이드 [ 글리세롤(glycerol) + 유리지방산(free fatty acid:FFA)

③ 분해과정을 거쳐야 하기에 탄수화물보다 신진대사 사용에 덜 용이하고 느리다.

 

		g	kcal
탄수화물
간 글리코겐		110	451
근육 글리코겐		250	1.025
체액 속의 글리코겐		15	62
	전체	375	1,538
지방
피하지방		7,800	70,980
근육 속의 지방		161	1,465
	전체	7,961	72,445

 

2-3) 지방의 에너지원

 

• 중등도 강도 운동의 주요 에너지원

① 지방세포의 중성지방

-> 유리지방산과 글리세롤로 분해

-> 혈액 속으로 방출

-> 방출된 유리지방산은 근세포로 운반되어 산화

-> 에너지 방출

• 고강도 운동에선 탄수화물을 에너지원으로 사용
• 글리코겐이 고갈되면 다시 지방에 의존

-> 운동강도 감소 원인

 

3-1) 단백질

 

• 주요 필수영양소 중 하나
• 기본 조성물질 : 아미노산(22개 종류)
• 복합단백질⇒아미노산으로 분해(소장의 효소)

-> 소장 벽에서 흡수

-> 혈액 통해 간으로 운반

 

• 역할 : 신체 조직과 기능물질로 변환
• 남은 단백질은 탄수화물과 지방의 대사과정으로 들어감

(아미노산으로 저장되지 않고 탄수화물과 지방으로 전환되어 저장)

-> 체중 증가

 

3-2) 단백질의 에너지원

 

• 포도당 신생(gluconeogenesis)

: 포도당 생성 아미노산이 포도당으로 변화

• 지방생성(lipogenesis)

: 지방산(fatty acid)로 전환가능

• 운동 중 에너지원으로는 1~2%정도
• 알라닌(아미노산 일종)

① 포도당 신생에 주요한 역할

② 간으로 운반되어 포도당으로 전환 [ 에너지

• 장시간의 운동, 단식에서 사용량 늘어남

: 마라톤의 마지막 구간에선 10%까지 늘어남

① 탄수화물 저장

② 단백질 절약효과(protein sparing effect)

 

 

 

 

3. ATP

 

• 영양소 분해과정에서 방출 에너지는 아데노신 삼인산 화합물 합성에 사용
• 인체세포의 일 수행

: ATP가 분해되면서 방출되는 에너지 이용

• ATP구조

① 아데닌, 리보스, 삼인산(고에너지 결합; high-energy bond)

② ATP → ATPase → ADP + Pi + energy(7~12kcal)

③ ADP : adenosine diphosphate, Pi : inorganic phosphate

 

 

 

 

4. ATP 생산

 

• 근세포 저장 에너지양은 극히 제한
• 장시간 근수축을 위해서는 지속적으로 빠르게 에너지 생산 능력을 가지고 있어야 함

① 크레아틴 인산(CP)에 의한 ATP 생산

② 글리코겐(해당작용)에 의한 ATP 생산

③ 산화(oxydation)에 의한 ATP 생산

 

 

세가지 에너지 시스템의 에너지 공급속도와 능력

시스템	공급속도 (kcal/min)	최대능력 (이용 가능 총 kcal)
ATP-PC	36	11.1
해당과정	16	15.0
유산소	10	20,000

 

1) 무산소성 에너지 생산 과정

 

• 산소를 이용하지 않고 ATP를 합성

: ATP-PC 시스템 + 무산소성 해당과정(젖산 시스템)

• 인산화(phosphorylation)

① 다른 화학적 원료로부터 ATP를 형성함으로써 에너지를 저장하는 과정

② ADP에 인산기가 첨가되면서 ATP로 전환

 

음식, PC -> 에너지 + 부산물

ADP + Pi + 에너지 -> ATP

 

 

 

 

(1) 인원질(ATP-PC)시스템

 

• 크레아틴키나제(CK) 효소에 의해 촉진
• ATP와 PC 모두 인산기를 가지고 있어 인원질 시스템이라 함
• ATP가 빠르게 분해되면 근세포의 PC 에너지로 ATP를 계속 합성

: 공액반응(coupling reaction)

 

PC -> Pi + C + Energy

Energy + ADP + Pi -> ATP

 

 

인원질 시스템(ATP - PC system)

 

인원질 시스템의 ATP 생산

 

• 분해된 유리인산(Pi)과 크레아틴(C)의 PC로의 재합성

① 운동이 완전히 끝난 후 휴식기간에 진행.

② PC는 운동이 끝나기 전에는 보충 불가능.

③ 탈진 후에는 ATP와 PC 수준 모두 아주 낮아지므로 근수축과 이완의 에너지 공급 불가함.

 

인원질시스템에 공급할 APT와 PC의 양

 

• PC저장량 > ATP저장량
• 1 mole의 ATP/PC = 약 10 kcal 에너지 방출
• 근육에 저장된 인산염 양이 11.1kcal 정도(소량)

: 단기간 고강도 운동에서 10초 만에 고갈

• 폭발적인 힘을 발휘하는 운동에서 사용

: 단거리달리기. 높이뛰기, 투척경기, 역도경기

 

ATP-PC 시스템의 특징

 

① 장시간 화학반응에 의존하지 않음

② 활동근육의 산소전달에 의존하지 않음

③ ATP와 PC 모두 근육수축기전에 직접 저장

 

ATP-PC 시스템의 인체 이용가능 에너지

 

구분	ATP	PC	인원질 총량(ATP+PC)
근육내 양
근육 1kg당 mM	6	28	34
총 근육내 mM	180	840	1,110
가용 에너지
근육 1kg당 kcal	0.06	0.28	0.34
총 근육내 kcal	1.8	8.4	11.1

 

2) 무산소성 해당과정(젖산시스템)

 

• 탄수화물이 포도당으로 분해되면서 에너지 방출
• 세포 내 저산소증 상태에서 ATP 소요량이 많아질 때 진행 [ 근육에 젖산 생성

① 글리코겐 1mole -> 3 mole ATP 생산

② 글루코스 1mole -> 2 mole ATP 생산

= 글루코스를 글루코스-6인산으로 만드는 과정에서 1ATP가 더 소비되기 때문

 

젖산 시스템의 한계

 

• 근육에 젖산 축적

① 근육 섬유의 산성화

② 해당과정

③ 효소들의 기능 저하,

④ 근섬유의 칼슘 결합 능력 감소

⑤ 계속적인 에너지 공급 불가능

• 산소가 충분한 상태에서는 젖산이 생기지 않음

: 산화시스템으로 넘어감

• 보다 효율적인 에너지 대사 시스템 필요