탄수화물의 대사

-탄수화물의 대사-

 

1. 단당류 대사

- 포도당

① 포도당은 해당과정과 TCA 회로를 거쳐 조직에 필요한 에너지를 즉시 공급한다.

② 과량의 당은 글리코겐을 합성하여 간이나 근육에 저장되거나, 지방산으로 전환되어 피하조직에서 중성지방을 합성한 후 저장된다.

③ 일부 포도당은 리보스, 데옥시리보스, 과당, 글루코사민 등으로 전환되거나 비필수 아미노산의 합성에 쓰인다.

- 과당

① 간에서 포도당으로 전환된다.

② 과당은 해당과정에서 속도 조절 단계를 거치지 않고 중간 단계인 디히드록시 아세톤 인산의 형태로 들어가므로 아세틸 CoA 전환속도가 증가하여 지방산 합성속도가 증가한다.

③ 과당이 세포 내로 이동하는 것은 인슐린 의존성이 아니다.

- 갈락토스 : 간에서 글리코겐을 합성하거나, 글루코스 1-인산으로 전환되어 포도당과 같은 경로를 통해 대사된다.

 

2. 포도당 대사

- 해당과정

① 생물체에 공통된 포도당 대사의 중심 경로로서 세포질의 가용성 부분에서 일어난다.

② 10단계의 반응 경로를 통해 포도당은 피루브산으로 된다.

③ 피루브산은 산소가 충분한 호기적 상태에서는 미토콘드리아 막을 거쳐 아세틸 CoA로 되어 TCA회로에서 대사되며, 산소가 부족한 혐기적 조건에서는 TCA회로를 통한 대사가 원활하지 않아 젖산으로 환원된다.

④ 해당과정 동안 포도당 1분자당 2분자의 ATP가 쓰이고, 4분자의 ATP가 생성되어 결국 ATP 2분자와 NADH 2분자가 생성된다.

⑤ 이스트 등의 미생물에서는 혐기적 조건에서 피루브산의 알코올 발효가 일어난다.

- TCA 회로

① 호기적 해당과정에서 생성된 피루브산은 미토콘드리아 막 안으로 들어가 아세틸 CoA로 산화된다.

② 아세틸 CoA는 옥살로아세트산과 함께 시트르산을 생성하며, TCA회로를 통해 NADH 3분자, FADH2 1분자, GTP 1분자를 생성한다.

③ 이때 생성된 NADH와 FADH2는 전자전달계에서 각각 2.5ATP와 1.5ATP를 생성한다.

④ 결국 포도당 1분자는 세포질 내의 해당과정과 미토콘드리아의 TCA 회로 및 전자전달계를 거치면서 30~32개의 ATP를 생성한다.

- 오탄당인산경로

① 피하조직 등 지방합성이 활발하게 일어나는 곳에서 중요한 역할을 한다.

② 간, 부신피질, 적혈구, 고환, 유선조직 등에서 활발하다.

③ 리보스는 이 경로를 통해 헥소스로 되어 대사된다.

④ 포도당은 지방산과 스테로이드 호르몬의 합성 등에 필요한 NADPH를 생성하며, 핵산 합성에 필요한 리보스를 합성한다.

 

3. 글리코겐 합성 및 분해 과정

- 글리코겐의 합성과 분해는 주로 간과 근육에서 서로 다른 대사 경로를 통해 일어난다.

- 글리코겐의 양

① 간은 많은 양의 글리코겐을 저장하고 있으며, 영양상태가 양호한 사람은 보통 간 무게의 4~6% 정도 글리코겐을 함유하고 있다.

② 근육에는 1% 이하의 글리코겐이 있으며, 격심한 운동을 할 때 고갈된다.

③ 근육이 간보다 글리코겐 비율이 낮지만, 간보다 양이 더 많아 글리코겐을 훨씬 많이 저장하고 있다.

- 간과 근육의 글리코겐 합성과 분해

① 에피네프린, 노르에피네프린, 글루카곤 등의 영향을 받는다.

② cAMP는 글리코겐 합성효소를 불활성화해 글리코겐 합성을 저하해, 글리코겐의 합성과 분해가 동시에 일어나지 않도록 한다.

③ 이 호르몬들이 많이 분비되면 세포막에서 cAMP를 증가시켜 글리코겐을 분해하는 효소인 글리코겐 인산분해효소를 활성화함으로써 글리코겐의 분해를 증가한다.

 

4. 혈당의 조절

- 정상상태의 혈당은 공복 시 70~100mg/100ml 정도이다.

- 고혈당증 : 혈당이 170mg/100ml 이상이 되면 소변으로 배설(요당)되기 시작하고 공복과 갈증을 느끼게 되며, 장기간 계속되면 체중이 감소한다.

- 혈액으로 들어오는 당은 주로 음식물의 소화에 의해 소장에서 흡수되거나, 간의 글리코겐 분해 및 포도당 신생합성에 의해 증가한다.

- 저혈당증 : 혈당이 40~50mg/100ml 이하로 떨어지면 신경이 예민해지고 불안정해지며, 공복감과 두통을 느끼고 심하면 쇼크를 일으킨다.

- 혈당은 조직의 에너지 생성(특히 적혈구, 신경세포 등)에 쓰이고 유당, 당지질, 핵산, 뮤코당의 합성에 사용되며, 간이나 근육의 글리코겐으로 합성되어 저장되고 남으면 체지방으로 합성되어 저장된다.

-혈당조절에 관여하는 호르몬

혈당	호르몬	분비기관	작용기관	작용
감소	인슐린	췌장	간, 근육, 피하 조직	글리코겐 합성 증가하며, 포도당 신생합성 억제 근육과 피하 조직으로 혈당의 유입 증가한다.
증가	글루카곤	췌장	간	간의 글리코겐을 분해하여 혈당 방출 증가하며, 간의 포도당 신생합성 증가한다.
	에피네프린 노르에피네프린	부신수질 교감신경 말단	간, 근육	간의 글리코겐을 분해하여 혈당 방출 증가한다. 간의 포도당 신생합성 증가하며, 근육의 포도당 흡수 억제하며, 체지방 사용 촉진, 글루카곤 분비촉진, 인슐린 분비 저해한다.
	글루코코르티코이드	부신피질	간, 근육	간의 포도당 신생합성 증가, 근육에서의 당 사용 억제한다.
	성장 호르몬	뇌하수체 전엽	간, 근육, 피하 조직	간의 당 방출 증가, 근육으로 당 유입 억제하며, 지방의 이동과 사용 증가한다.
	갑상선 호르몬	갑상선	간, 소장	간의 포도당 신생합성, 글리코겐 분해 과정 증가하며, 소장의 당 흡수 촉진한다.

 

5. 코리회로와 알라닌 회로

① 적혈구나 근육 등의 말초조직에서 완전하게 산화되지 못한 대사물질은 간으로 이동하여 포도당 합성에 이용된다.

② 적혈구에서 포도당은 해당과정을 통해서 에너지를 내며, 남은 피루브산은 산소가 없으므로 호기적 산화 과정인 TCA회로를 통하지 못하고 젖산으로 되어 코리회로를 거쳐 간으로 이동하여 다시 포도당 신생 합성과정에 들어간다.

3)③나, 아미노산 대사에서 나온 아미노기와 함께 알라닌의 형태로 간으로 이동해 다시 포도당합성에 이용(알라닌 회로)