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운동시 가장 중요한 에너지원

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작성자 관리자 작성일17-03-30 09:02 조회2,657회 댓글0건

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해당과정(Glycolysis)은 탄수화물인 glucose가 에너지를 생성하기 위해 10단계의
연쇄반응을 거쳐 pyruvate로 전환되는 과정을 총칭하는 용어이다.
탄수화물은 운동 시 가장 중요한 에너지원으로, 에너지 공급이 해당작용에서부터 시작된다.
1903년대 독일의 과학자 Gustav Embden과 Otte Meyerhof에 의해 해당과정의 경로가 밝혀진 이후에
해당과정 경로는 탄수화물 대사와 관련된 생화학적 연구의 기본이 되어왔을 뿐만 아니라,
운동과 대사의 관점에서 탄수화물에 의한 에너지 공급을 이해하는데 기본적인 틀의 역할을 하고 있다.


해당작용은 세포의 세포질(cytosol)에서 일어나는 반응으로 유일하게 무산소(anaerobic),
유산소(aerobic) 상황 모두에서 에너지를 생성할 수 있는 경로이다.
특히, 운동의 초반에 수축하는 세포로 충분한 산소가 공급되지 않는 무산소적 상황에서도
해당작용 경로의 활성을 통해 필요한 에너지를 빠르게 공급할 수 있는 대사적 중요성이 있고,
운동이 지속됨에 따라 세포에 산소의 공급이 원활해지면 유산소적 해당과정의 경로를 통해
효율적으로 에너지를 생산하여, 근 수축에 필요한 에너지를 공급한다.

또한 적혈구와 같은 세포에서는 미토콘드리아(mitochondria)가 부족하기 때문에
거의 무산소적(anaerobic) 해당작용 경로에 의존하여 필요한 에너지를 생성한다고 할 수 있다.

무산소적 해당작용(anaerobic glycolysis) : 젖산 시스템(lactate system)


젖산시스템이란 무산소적 해당과정을 말하고 해당과정이란 탄수화물의 분해를 의미한다.
이 과정은 아직 산화작용이 진행되기 전이며 대체로 세포내 저산소증 상태에서 ATP 소요량이 많아질 때
해당작용만이 급속하게 진행되어 근육에 젖산이 생산된다.
이 시스템은 산소와 관련되지 않고, 젖산 축적을 유발한다고 하여
무산소성 해당작용(anaerobic glycolsis) 또는 젖산 시스템(lactate system)이라고 한다.

무산소성 해당과정은 1930년대 독일의 과학자 Gustav Embden과 Otte Meyerhof가 발견하였기 때문에 Embden-Meyerhof 사이클이고도 한다.
또한 glucose나 glycogen을 초성포도산(pyrubic acid)이나 젖산(lactate)으로 분해하는 과정을 통하여
에너지를 방출시키기 때문에 이러한 방법을 해당과정(glycolytic) 시스템이라고 부른다.
그 이유는 이 방법이 해당과정 효소들의 작용에 의한 glucose 분해과정을 포함하고 있기 때문이다.

해당과정은 최종적으로 초성포도산(pyrubic acid)을 생산한다.
이러한 과정은 산소를 필요로 하지 않지만 산소의 사용은 해당과정으로부터 만들어진
초성포도산의 운명을 결정한다.
이러한 관점에서 볼 때 해당과정이라고 부르는 것은 산소와 관련되지 않으면서
탄수화물이 분해되는 과정을 말한다.
이러한 경우에 초성포도산은 젖산으로 바뀌어 진다. 무산소성 해당과정 중에 glycogen으로부터
재합성될 수 있는 ATP의 양이 매우 제한적이다.
glycogen 1 mole(180g)은 무산소성 분해 시 3 mole의 ATP만을 재합성 할 수 있다.

또 다른 주요한 제한점은 해당과정이 근육과 체액에 젖산의 축적을 가져오는 것이다.
이러한 젖산의 축적으로 근육섬유의 산성화(acidification)는 glycogen의 추가적인 분해를 방해하는데,
이는 해당과정의 효소들의 기능을 저하 시키고 근섬유의 칼슘결합 능력을 감소시킴으로써
근 수축을 방해한다. 운동중의 근섬유 에너지 사용 이용률은 휴식 때보다 200배나 더 높기 때문에
이러한 방법에 의한 계속적인 에너지 공급은 거의 불가능하게 된다.

유산소성 해당작용(aerobic glycolysis) : 산화적 시스템(oxidative phosphorylation)

산소가 충분한 상태에서는 glycogen 1 mole이 CO2와 H2O로 완전히 분해되면서
39 mole의 ATP를 재합성하는데 충분한 에너지를 방출한다.
이와 같이 반응에 산소가 관련될 경우에는 유산소적 대사(aerobic pathways)라고 부르며
ADP에서 ATP로의 유산소적 전환을 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)라고 한다.

산소시스템의 여러 반응은
➀ 유산소성 해당작용(탄수화물의 경우)
➁ 크랩스 사이클(krebs Cycle)
➂ 전자전달계(electron transpory system: ETS) 등 3단계로 구분된다.

glycogen을 이산화탄소와 물로 분해하는 유산소성 분해의 첫 단계가 바로 해당작용이다.
이는 무산소성 대사 경로와 유사한 과정이다.
다만 이 과정에서 젖산이 생성되지 않는다는 것이 다른 점이다.
즉, 산소가 충분할 경우에는 젖산이 축적되지 않고, 젖산의 전구체인 초성포도산(pyrubic acid)이
대부분 유산소성 에너지 시스템으로 진행되어 감으로써 이상의 작용을 수행한다.
다시 말해 산소를 이용하는가 또는 이용하지 않는가에 따라 해당과정의 최종 산물인
초성포도산의 운명이 결정된다.
유산소성 해당과정은 산소가 있을 경우 초성포도산은 아세틸 코엔자임 A(acetyl coenzyme A:
Acetyl Co-A)라고 부르는 화합물로 전환된다.
이후 크랩스 사이클(krebs Cycle)과 전자전달계(electron transport system: ETS)를 거쳐
에너지를 생산하게 된다.
이처럼 유산소성 해당작용은 무산소성 해당작용의 과정 후 생성물이 산소의 사용 유무에 의해
진행되는 과정이다.

해당작용은 신체의 거의 모든 세포에서 일어나지만 대사적 중요성은 세포의 종류에 따라
매우 다르게 나타날 수 있다.
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