에너지의 개념과 대사 작용
안녕하세요. 월요일은 언제나 힘든 것 같아요. 주말에 푹 쉬고 다시 일을 하려고 하니 쉽지가 않네요. 오늘은 제가 요즘 시험 공부를 하면서 공부한 내용을 설명해보려고 합니다. 오늘은 에너지 대사와 운동에 대해 공부를 했는데 말 그대로 운동 생리학에 대해 공부를 했어요. 다소 어려움이 있어도 읽으면 도움이 되니 이해하기 쉽게 설명을 드려보도록 하겠습니다.
첫번째로는 우리몸에 에너지라는 것의 발생과정과 형태인데 개념은 물리적인 일을 할 수 있는 능력을 에너지라고 하며 우리 몸은 음식물을 통해 에너지를 보충을 해요. 인간이 사용하는 에너지는 화학에너지로 대사 작용을 통해 생물학적으로 이용 가능한 에너지로 바꾸게 되는 것이예요.
에너지원 ( 탄수화물, 단백질, 지방 )이 에너지 변환을 해서 40%의 ATP, 아데노신 3인산이라는 에너지와 60%의 열에너지를 만들어서 근육을 수축하면서 운동을하고 열을 만든다고 보시면 될 것 같아요. 즉, 자동차에 기름을 넣고 그 기름을 가지고 열심히 달린다고 생각하면 될 것 같아요.
우리 몸에는 인체에서 2가지의 화학작용이 일어나는데 참고만 하자면 동화작용과 이화작용이예요. 동화작용은 간단한 물질을 화학적 변화를 통해 합성하는 과정으로, 에너지를 흡수하는 것을 의미하고 이화작용은 그 반대예요. 복잡한 물질을 간단하게 분해하는 과정으로, 에너지를 방출하는 것을 의미해요.
이 때, 우리 몸에서 각종 화학반응이 일어날 때 자신은 변화하지 않으나 반응 속도를 빠르게 하는 단백질이 있는데 이게 바로 효소예요. 효소는 화학반응을 일으키기위해 요구되는 활성화 에너지를 낮게 하는 촉매작용 역할을 한다고 보시면 될 것 같아요. 효소의 활동을 미치는 요인은 평균 37~40도의 용액 온도에서 최적 상태로 활성화가 되며 PH농도는 7.4 ~ 8PH에서 효소 활동이 최적 상태를 이룹니다.
마지막으로 에너지 전환 및 보존의 법칙이 있는데 열역학 제1법칙에 에너지 보존의 법칙이 있어요. 에너지는 새로 만들어지거나 없어지지 않고, 그 합은 항상 일정하다라는 법칙이예요. 그리고 열역학 제2법칙은 에너지 흐름의 법칙이예요. 에너지가 어떤 일에 사용되면 일부는 열에너지 형태로 전환이 되요. 즉, 엔트로피의 변화는 항상 증가하거나 일정하며 감소하지 않는다는 것 입니다.
인체 에너지 대사
인체 에너지 대사에는 3가지가 있습니다. ATP-PC 시스템, 해당과정, 유산소 시스템으로 크게 나뉘어 집니다. 많이 어려우시겠지만 간략하게 이 세가지를 소개해 드리겠습니다.
- ATP
아데노신 3인산이라는 에너지 대사가 근세포에 저장되어 있으며 인체가 이용할 수 있는 가장 중요한 에너지 원이며 힘을 쓸 때, 빠르게 끌어다 쓸 수 있는 에너지로 보시면 좋을 것 같아요. ATP라는 것은 1개의 아데노신과 3개의 무기인산으로 구성되어 있으며, ATPase라는 효소에 의해 결합체가 분해되면 에너지가 방출되어 에너지로 사용되요. 제한적으로 저장되어 있어 ATP가 감소하는 것을 막기위해 여러가지 대사과정이 필요해요.
- 무산소 시스템 ( ATP - PC 시스템, 해당과정 )
무산소성 에너지 대사작용은 호흡을 통해 근육에 적당한 산솔르 공급하지 못할 경우, 생체 내에서 산소 없이 에너지를 생성하는 에너지 시스템을 말한다. 무산소 시스템은 2가지로 구성이 되어 있는데 하나는 ATP-PC 시스템이고 다른 하나는 젖산 시스템 또는 해당과정이라고 불리는 시스템이예요.
우선 ATP-PC 시스템은 근 수축에 필요한 에너지를 제공하기 위해서 저장되어 있던 ATP를 분해하여 에너지를 제공하면 세포 내 ATP의 수준이 감소하게 됩니다. 그 때 가장 빠르게 ATP를 재합성하는 시스템이 바로 ATP - PC 시스템 이예요. ( 약 10초 내외의 최대 운동에 이용되는 에너지 시스템 )
두번째로 젖산 시스템 또는 해당과정은 무산소성 에너지 시스템의 하나로 포도당 또는 당원을 분해하여 젖산 또는 피루브산을 만들어 에너지를 만드는 시스템이예요. 근육에 저장되어 있는 글루코스가 분해되면 피루브산이 되는데 산소가 충분치 않은 경우 TCA 회로에 들어가지 못하고, 수소이온을 받아들여 젖산으로 변화되는 과정에서 ATP를 재합성할 수 있는 에너지를 제공해요. ( 약 1분 전후로 실시할 수 있는 과격한 운동에 동원되는 에너지 시스템 )
- 유산소 시스템 ( 크렙스 회로, 전자전달계 )
유산소성 에너지 대사작용은 미토콘드리아 내부에서 일어나며, 산소가 동원되기는 하지만 많은 효소들의 활성이나 복잡한 과정으로 빠르기 측면에선 불리하지만 에너지 제공의 양적 측면에서는 유리한 특성을 가졌어요.
우선 크렙스 회로라는 것은 TCA회로, 크렙스 회로, 구연산 회로, 시트르산 회로라고 하며 연료는 아세틸 코에이 ( Acetyle CoA )라는 곳에서 수소를 운반하는 NAD와 FAD를 사용하여 탄수화물, 지방, 단백질의 수소이온을 제거하여 산화시키는 과정을 말하며 미토콘드리아 기질에서 일어나요.
에너지를 만드는 순서는 탄수화물의 해당과정으로 만들어진 초성포도산이 초성포도산 탈수소효소에 의해 아세틸 코에이로 변화를 하고 유리지방이 베타산화로 아세틸코에이로 변화되요. 그리고 단백질의 아미노산이 탈아미노화 되면서 여러 가지 대사산물인 피루브산이나 아세틸 코에이 등으로 변화됩니다.
다음으로, 전자전달계는 다른 대사과정이나 크렙스 회로에서 발생하는 수소이온 ( H+)을 미토콘드리아 내막에 있는 3개의 전자 펌프를 통과시켜 수소이온을 물로 산화시키면서 에너지를 발생시키는 과정을 말하며, 대부분 유산소성 대사과정이다.
트레이닝에 의한 대사적 적응
위에서 설명드렸던 내용들이 다소 어려었을 것 입니다. 위의 설명을 토대로 대사적 적응을 가져가면서 트레이닝을 하자면 먼저 체지방 감량과 같은 다이어트 목적의 유산소 트레이닝에 의한 적응을 볼 수 있어요. 구조적으로는 모세혈관의 밀도와 미토콘드리아의 산화 능력이 향상된다는 것 입니다. 헤모글로빈 수 증가와 산소 확산 능력을 향상시켜 유산소 운동을 할 때 체력향상 부분이나 심폐지구력 적인 부분에서 좋아지는 부분을 느낄 것 입니다. 또한 미토콘드리아 수와 크기의 증가와 그리고 마이오글로빈 수 증가가 되어 유산소 능력의 향상을 가져올 수 있어요.
기능적인 변화에는 포도다 절약과 유리지방산 동원 그리고 산소소비량을 감소하는 능력과 젖산 감소, 무산소성 역치점 증가의 변화를 가져올 수 있는데 쉽게 말씀드려 체력이 약했던 내가 마라토너처럼 좋은 체력을 가질 수 있는 변화를 할 수 있다는 것 입니다.
위에서 유산소 트레이닝에 의한 적응을 알아봤다면 이번에는 무산소 트레이닝에 의한 적응이예요. 무산소 트레이닝은 우리가 흔히 알 수 있는 웨이트 트레이닝을 볼 수 있죠? 이 때 우리 몸에서는 ATP - PC 시스템과 젖산 시스템을 가동하여 무산소성 운동을 하게 되는데요. 이렇게 자극을 주면서 트레이닝을 하게 되면 PC의 저장량 증가와 PC 분해를 위항 효소의 활성화로 ATP 재합성 효율이 증가해요. 최대하 운동 후 산소 결핍에 따른 젖산 의존도가 낮아져 효율적 운동 수행이 가능해집니다. 그리고 젖산 시스템으로는 근 글리코겐의 저장량 증가와 율속효소 PFK 활성화로 ATP 합성 효율이 증가하고 해당과정의 능력과 적응 능력이 향상됩니다.
이렇게 오늘은 인체 에너지 시스템에 대해서 공부를 해봤으며 앞으로 좀 더 공부를 하여 자세하고 이해하기 쉽게 설명을 드리도록 하겠습니다. 오늘 하루도 모두 수고하셨고 좋은하루 보내세요.
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