제 3강 생체에너지학

제 3강 생체에너지학

A. 세포구조

- 유기물 : 탄소를 함유하는 화합물 - 무기물 : 탄소를 함유하지 않은 화합물

* 세포구조의 3가지 부분 1)세포막 2) 핵 3) 세포질

* 전형적인 세포와 주요기관들

1. 세포막

정의 : 외부 환경으로 부터 세포를 구분하는 반투과성 장벽

☆ 세포막의 기능

1) 세포의 구성요소 보호

2) 세포 내ᆞ외부로 여러 형태의 기질통과 조절

2. 핵

: 세포의 유전자(genes) 보유

- Deoxyribonucleic(DNA) 요소로 구성

- DNA는 유전자 단백질 합성을 조절하여 세포 구성성분과 활동을 조절 - 분자 생물학 : 유전자들의 구성성분과 조절작용을 연구하는 분야

3. 세포질

- 핵과 세포막 사이에 있는 세포의 액체부분 - 세포의 특별한 기능과 관계

- 특히 미토콘드리아는 세포의 발전소라 불리며, 음식물을 유용한 세포에 너지로의 산화적 전환

- 해당작용을 위한 포도당을 조절하는 효소를 보유

B. 생물학적 에너지 전환

1. 세포의 화학적 반응

- 화학적 결합은 많은 양의 잠재적 에너지를 함유 이를 고에너지 결합 (high energy bonds)라 함

- 에너지 소비반응은 생물학적으로 유용한 에너지 형태로 전환하기 위한 소비반응은

반응에 필요한 에너지

- 에너지 생산반응은 생산반응은 화학적 과정의 결과로 에너지를 방출하는 반응

1) 연결반응

세포내부에서 일어나는 여러 가지 화학적 반응을 연결반응(couple 연결반응(couple reaction)이라 하며 이는 다음 반응을 일으키기 위한

reaction)이라 하며 이는 다음 반응을 일으키기 위한 연결작용, 에너지 생산반응은 에너지 소비 반응을 위한 연결반응

*

* 에너지 생산과 소비반응의 연결모델

2) 효소

인체 내에서 일어나는 세포의 화학적 반응의 속도는 효소라는 촉매에 의해 조절 효소는 세포내의 대사작용 경로를 조절하는 중요한 단백질 효소 는 반응을 일으키지 않고 반응이 일어나면 반응비율의 속도를 조절하나 반 응의 특성이나 결과를 변형시키지 않음

활성화 에너지(energy of activation) : 화학적 반응을 위한 에너지 활성화 에너지(energy of activation) : 화학적 반응을 위한 에너지 효소의 활동부위는 기질 형태에 따라 다르며 효소와 기질의 두 분자가 결합 하여 효소-기질 복합체(enzyme-substrate complex)를 형성

* 효소는 활성에너지를 낮춤으로써 반응을 촉진시킴

* 효소활동에 관한 자물쇠와 열쇠 모델

C. 운동 에너지원

1) 탄수화물

(1) 단당류(monsaccharides) (2) 이당류(disaccharide) (3) 다당류(polysaccharide)

2) 지방

(1) 지방산(fatty acids) (2) 중성지방(triglycerides) (3) 인지질(phosphlipids) (4) 스테로이드

3) 단백질

1. 탄수화물

- 탄수화물은 신체에 가장 빠른 에너지 제공 - 탄수화물 1g에 약 4kcal의 에너지 생산 - 탄수화물의 형태

(1) 단당류(monosaccharides) (2) 이당류(disaccharide) (3) 다당류(polysaccharide)

- 단당류 ( 포도당, 과당 )

- 포도당(glucose) - " 혈당 (blood glucose) "

- 과당은 과일, 꿀에 많이 포함되어 있음 - 이당류는 단당류 두 개가 결합하여 형성 - 자당 (sucrose)은 포도당과 과당으로 구성 - 맥아당(maltose)은 두 개의 포도당으로 구성 - 다당류는 3개 이상의 단당류를 포함한 탄수화물

- 다당류는 식물성 또는 동물성 다당류로 분류(동물성, 식물성) - 식물 다당류는 식물섬유소(cellulose)와 전분(starch)으로 구성 - 글리코겐(glycogen) : 동물조직에 축적된 다당류

- 일반적으로 당원(글리코겐) 은 수백개 및 수천개의 포도당 분자로 구성 - 세포는 에너지 원천인 탄수화물을 제공하는 수단으로 당원을 축적 - 운동 중 근육세포는 당원 신생합성(glycogenolysis)과정으로 근수축을 위한 에너지 합성

- 간에서도 당원분해가 일어나 유리 포도당을 혈류로 방출하여 신체의 각 조직으로 이동

- 운동 대사 과정을 위해 당원은 근섬유와 간에 저장 - 저장된 당원은 지방보다 빠른 시간에 고갈

- 고 탄수화물 섭취 - 당원합성 ↑, 저 탄수화물섭취 - 당원합성 ↓

2. 지방

지방은 산소에 대한 탄소의 비율이 탄수화물보다 큼 지방 분자는 무게당 많은 양의 에너지를 포함

저장된 체지방은 장시간 운동에 적합한 연료 (지방 1g당 9 kcal) - 지방의 형태

(1) 지방산(fatty acids)

: 근세포가 에너지를 생산하기 위한 중요한 지방형태 - 인체 내 중성지방으로 저장

- 알코올 형태의 글리세롤(glycerol) 한 분자에 3개의 지방산이

연결

- 골격근을 포함한 여러 세포에도 저장 - 근육과 다른 조직에 연료 기질로 사용

(2) 중성지방(triglycerides) - 신체에너지 원으로 매우 중요한 역할 (3) 인지질(phosphlipids) - 세포내 지질과 인산이 결합되어 생성

( 생물학적으로 세포막의 구조를 형성하여 신경 세포 주위의 절연체 역할 )

(4) 스테로이드 - 운동 에너지원으로 사용되지 않음

* 대부분 스테로이드는 콜레스테롤로서 모든 세포막을 구성하는 요소 * 콜레스테롤 - 에스트로겐, 프로제스테론, 테스토스테론 등 성호르몬 전구물질

3. 단백질

- 아미노산(amino acids)이라 불리우는 작은 하위단위로 구성(20여종)

- 그 중 9개의 필수아미노산 → 음식으로 섭취

- 단백질은 펩타이드 결합이라고 불리는 화학적 결합에 의해 아미노산 고리로 형성 (1g당 약 4kcal)

- 단백질의 운동 에너지 기여 (주로 장시간 운동시)

ㄱ. 알라닌(alanine)은 간에서 포도당으로 전환되어 당원을 합성 ㄴ. Isoleucine, alanine, leucine, valine 등의 아미노산들은 근육 세포 내 생체에너지를 생산하는데 참여하여 대사매개 물질로 전환되어 에너 지원으로 사용

D. 고에너지 인산염

근 수축을 위한 즉각적인 에너지원 - 고에너지 인산염으로 구성된

아데노신 3인산염( ATP; adenosine triphosphate )아데노신 3인산염( ATP; adenosine triphosphate ) ATP의 중요한 세 부분

(1) 아데노신 (2) 리보스(ribose) (3) 인산 3고리

에너지 - 아데노신 2인산(ADP)과 무기인산(Pi)의 화학적 결합체에 저장

* 고에너지 결합 → ATPase효소에 의해 분해되면서

에너지가 방출되어 에너지원으로 사용

* 아데노신 3인산 구조

* 세포의 에너지 요구에 따른 ATP의 역할

E. 생체에너지학

근육세포에서 3가지 대사작용에 의해 ATP를 생산 (1) 크레아틴 인산(PC)에 의한 ATP생성

(2) 해당작용에 의한 ATP생성 (3) 유산소 과정에 의한 ATP생성

크레아틴 인산과 해당과정은 산소를 사용하지 않으므로 무산소성 대 사과정이라 함

산소를 이용한 산화작용에 의한 ATP생성과정을 유산소성 대사과정이 라 함

* 해당과정 : 무산소성 시스템

해당과정은 포도당 또는 당원을 분해시켜 젖산 또는 초성포도산을 형성 ATP 소요량이 많을 때 해당작용만이 진행되어 근육에 젖산을 생성

운동 중 젖산이 과도하게 축적되면 에너지 생성 제한

젖산 축적의 제한은 세포내 pH가 떨어지는 것을 막기위해 효소인 PFK의 억 제가 일어나기 때문

1~2분 강도의 높은 운동시 주요에너지 공급과정 글리코겐 1 mole이 분해되면 3 mole의 ATP를 재합성 ( glycose 1 mole은 2 mole의 ATP 생성)

* 포도당의 무산소성 대사과정

* 젖산형성과정