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제4장 에너지 대사의 이해

제 4장 에너지 대사의 이해
by

정율 이

on 26 November 2013

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Transcript of 제4장 에너지 대사의 이해

에너지란?
물리적으로 일을 수행할 수 있는 능력
자동차

산소와 휘발유에 의해 화학적
에너지가 기계적 에너지로 변화
인간
대기중 산소와 영양소를 통해 ATP생산
1) 에너지의 정의

- 물리적으로 일을 수행할 수 있는 능력
(capacity to perform work)


- 일(Work) = 힘(Force) X 거리(Distance)

- 일과 에너지는 전환가능하나 인체는 역학적인 일을
수행하지 않아도 에너지가 소비된다

- 팔씨름에서 팔이 움직이지 않아도 에너지는 소비됨
에너지의 종류
1. 에너지의 개념
2. 에너지원
음식 영양소의 구성 : 탄소, 수소, 산소, 질소(단백질)

영양소의 결합이 깨지면서 에너지 방출

우리몸은 ATP의 형태로 에너지를 체내에 저장
아데노신 삼인산(adenosine triphosphate, ATP)

탄수화물과 지방 : 분해되면서 에너지 생성

단백질 : 신체의 구성재료

안정시는 탄수화물과 지방이 1:2의 비율로 쓰임

운동강도가 높아질수록 지방의 비중은 감소, 탄수화물 사용 증가
1) 탄수화물 1g:4Kcal
탄수화물 >> 글루코스 >> 혈액을 통해 운반
글루코스: 탄수화물 분해산물 탄수화물대사의 기초적단위
글리코겐: 탄수화물의 체내 저장형태
글루카곤: 췌장에서 분비되는 혈당량을 상승시키는 호르몬

휴식시 탄수화물  글리코겐 저장(간, 근육 : 한정된양)

적절한 탄수화물 섭취가 필요(고갈 대비)

운동강도가 높을수록 더 많은 양의 에너지가 탄수화물로부터 공급

(휴식 : 35~40%  가벼운 운동 : 50%  고강도 운동 : 70~80%)

※ 단시간 운동 전보다 장시간 운동전과 운동중 탄수화물 섭취는 도움
2) 지방 1g:7kcal

탄수화물 보다 더 많이 저장 가능
(탄수화물 : 2,000kcal, 지방:70,000kcal)

에너지 제공: 탄수화물(4kcal/g), 지방(9kcal/g)

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

분해과정을 거쳐야 하기에 탄수화물보다 신진대사에 사용되기에 덜 용이하고 느리다

중정도 강도 운동의 중요한 에너지원
지방세포의 중성지방 유리지방산과 글리세롤로 분해 혈액 속으로 방출 자유지방산은 근세포
로 운반되어 산화 에너지 방출

중정도 운동에서는 지방을 사용 고강도에서 탄수화물을 사용 글리코겐이 고갈되면 다시 지방에
의존 운동강도가 감소
3) 단백질 1g:4kcal

가장 중요한 필수영양소 중 하나

기본 조성물질 : 아미노산, 22개 종류

소장의 효소가 아미노산으로 분해 소장 벽에서 흡수  혈액 통해 간으로 운반

역할 : 신체 조직과 기능물질로 변환

남은 단백질은 탄수화물과 지방의 대사과정으로 들어감 -> 체중 증가
포도당 신생(gluconeogenesis) : 포도당 생성 아미노산이 포도당으로 변화

지방생성(lipogenesis) : 지방산(fatty acid)로 전환가능

운동 중 에너지원으로는 1~2%정도

알라닌 : 포도당 신생에 주요한 역할

- 간으로 운반되어 포도당으로 전환  에너지

장시간의 운동, 단식에서 사용량 늘어남

- 마라톤의 마지막 구간에선 10%까지 늘어남

- 탄수화물 저장 : 단백질 저장효과(protein sparing effect) – 탄수화물 로딩
3. ATP
영양소의 분해방출 에너지는 아데노신 삼인산 화합물 합성에 사용

인체세포의 일 수행 : ATP가 분해되면서 방출되는 에너지 이용

ATP구조 : 아데닌, 리보스, 삼인산(고에너지 결합; high-energy bond)
4. ATP의 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
ATP 공급방법
1) 무산소성 에너지 생산 과정


ATP-PC 시스템 + 무산소성 해당과정(젖산 시스템)

산소를 이용하지 않고 ATP를 합성

인산화(phosphorylation) : 다른 화학적 원료로부터
ATP를 형성함으로써 에너지를 저장하는 과정

ADP에 인산기가 첨가되면서 ATP로 전환
(1) 인원질(ATP-PC)시스템

크레아틴키나제(CK) 효소에 의해 촉진

ATP와 PC 모두 인산기를 가지고 있기 때문에
인원질 시스템이라고도 함

ATP가 빠르게 분해되면 근세포의 PC 에너지로 ATP를 계속 합성
- 공액반응(coupling reaction)
PC저장량이 ATP저장량보다 많다

1 mole의 ATP/PC = 약 10 kcal 에너지 방출

인산염 양이 11.1kcal 정도(소량) : 10초만 고갈

폭발적인 힘을 발휘하는 운동에서 사용

(단거리달리기. 높이뛰기, 투척경기, 역도경기)

ATP-PC 시스템의 특징

① ATP-PC시스템은 장시간 화학반응에 의존 X

② 활동근육의 산소전달에 의존 X

③ ATP와 PC 모두 근육수축기전에 직접 저장
Mole

원자 또는 분자 1개 = 1mole

원자량에 g을 붙인 것과 같다

탄소(C) 1mole은 12g, 산소(O) 1mole은 16g

물 분자(H2O) 1mole은 (1X2)+16=18g

글루코스(C6H12O6) 1mole (12X6)+(1X12)+(16X6)=180g
분해된 Pi와 C의 PC로의 재합성 : 휴식기에 이루어짐

음식의 분해를 통해 공급 받는 APT 분해과정에서 생긴 에너지에의해 형성

PC는 운동이 끝나기 전에는 보충 불가능


탄수화물이 포도당으로 분해되면서 에너지 방출

세포 내 저산소증 상태에서 ATP 소요량이 많아질 때 진행  >> 근육에 젖산 생성

글리코겐 1mole  3 mole ATP 생산

글루코스 1mole  2 mole ATP 생산
- 글루코스를 글루코스-6인산으로 만드는 과정에서 1ATP가 더 소비되기 때문

근육에 젖산 축적 >> 근육 섬유의 산성화  해당과정 >
> 효소들의 기능 저하, 근섬유의 칼슘 결합 능력 감소 >> 계속적인 에너지 공급 불가능

산소가 충분한 상태에서는 젖산이 생기지 않음-산화시스템으로 넘어감

보다 효율적인 에너지 대사 시스템 필요
2) 젖산 시스템 (무산소성 해당과정)
[ 무산소성 해당과정 ]
3) 산화적 시스템(유산소성 시스템)
글리코겐 1mole  39 mole ATP

- 가장 많은 ATP를 생성
- CO2와 H2O로 완전 분해
- 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)

미토콘드리아의 크리스타(cristae) 내에서 생성

장시간 신체 활동에 적합 ← 에너지의 지속적 공급

①유산소성 해당작용(탄수화물의 경우)

②크렙스 사이클

③전자전달계(electron transport system;ETS)
(1) 유산소성 해당작용

글리코겐을 이산화탄소와 물로 분해 산소가 충분한 경우,
생기지 않고 피루브산이 다시, 아세틸 코엔자임(Acetyl Co-A)으로 전환
(2) 크렙스 사이클(Krebs Cycle)

탄수화물, 지방, 단백질의 분해로 아세틸 Co-A가 필요

아세틸 Co-A가 완전히 산화되면서 2mole ATP 생성

주요한 화학적 변화
: 이산화탄소의 생성과 전자의 이동(산화) H(수소)가 이탈되어 C(탄소)와
O(산소)만 남아 이산화탄소가 나오며 이에 의해 피루브산이 산화

형성된 이산화탄소는 혈액, 폐를 통해서 호흡으로 체외 배출

수소는 NAD와 FAD를 통해서 전자전달계로 이동
4) 지방의 에너지 대사
근육과 간의 글리코겐 : 1,200~2,000 kcal

근육과 지방세포의 지방 : 70,000~75,000 kcal

트리글리세라이드 : 주요 에너지 공급원

1mole 글리세롤 + 3mole 유리지방산으로 분해 : 지방분해(리파아제에 의해 촉진)
유리지방산이 근섬유 내부로 이동  미토콘드리아 내막의 베타산화(beta oxidation)을
통해서 아세틸 Co-A로 변화  탄수화물 대사와 동일한 경로

팔미트 산  129 ATP 생성

글루코스와 동일하게 ATP, H2O, CO2 가 최종산물
(3) 전자전달계(electron transport system)


산화적 인산화 혹은 유산소성 과정에 의한 ATP 생산은 미토콘드리아 내에서 일어난다

NAD와 FAD를 통해 전달된 H는 양자(proton)과 전자로 분리(H → H+ + e-) ->이것은 다시 호흡을 통한 산소와 결합하여 H2O 생성

최종산물 : 물 (글리코겐 분해 결과)

39 ATP 생성 :

① 유산소성 해당작용(3 ATP)

② NADH 전달을 통해 (30 ATP)

③ FADH2 전달을 통해(4 ATP)

④ 크렙스 사이클 자체에서 (2 ATP)
1mole 팔미틱산  129mole ATP 생성

 >> 23mole 산소 필요

 >> 1mole ATP 생성 위해 3.99L 산소 필요

1mole 글리코겐  39mole ATP 생성

 >> 6mole 산소 필요

 >> 1mole ATP 생성 위해 3.45L 산소 필요

※ 지방산 산화가 글리코겐 분해 방법보다 산소가 15% 정도 더 필요

※ 운동 중 산소운반은 심장, 폐, 혈액, 혈관 등에 의해 제한되어
탄수화물이 지방보다 효율적인 에너지원이다


글루코스 신생합성을 통해 글루코스로 변환

일부는 피루브산이나 아세틸 Co-A로 전환되어 산화과정으로 들어감

질소가 있기 때문에 산화되기가 힘들어 요소(NH2CONH2)로 바뀌어 뇨로 배설

일부 에너지는 요소의 전환에 사용 됨

에너지 소비량 예측에서 단백질 대사는 무시

BCAA(branched-chain amino acids)
- 운동 중 탄수화물이 고갈된 후, 에너지원으로 이용됨
- 루이신(leucine), 이솔루이신(isoleucine), 발린(valine)
5) 단백질 대사
6) 에너지대사 정리
6) 에너지 시스템 비교
The end

사회체육학과 이정율 200921265
사회체육학과 이상균 200921707
사회체육학과 전필규 200921268

4. 에너지 대사의 이해
Full transcript