1. 대사의 기본개념
가. 에너지 : 모든 생명활동의 근원
- 사고활동 또한 에너지가 있어야 가능한 것들이다.
나. 에너지 대사(Energy Metabolism)
- 생명현상의 7가지의 특징 중 하나로서 생명현상을 유지하는데 필수적인 에너지 생산/소비 및 물질변화와 관련한 일련의 생화학적 반응
1) 화학적 에너지원(영양물질)
- 탄수화물(Carbohydrates)
- 지방(Fats)
-단백질(Others)
2) 대사산물
- 이산화탄소(Carbon dioxide)
- 물(Water, 입김)
다. 대사작용과 지구 생태계
1) 종속영양생물(동물, 곰팡이, 곤충, 균류)
: 생명활동에 필요한 에너지와 물질들을 환경에서 공급되는 유기화합물을 이용하는 경우
2) 자가영양생물(광합성 식물, 세균, 조류)
: 다른 생물을 포식하지 않고 스스로 화학 반응 또는 광합성에 의존하여 에너지를 생산하는 경우
라. 생체 내 대사
1) 이화(Catabolism)
- 고에너지를 포함하고 있는 음식물이 몸에 들어와 소화, 흡수 되는 과정
- 세포내에서 에너지 대사를 거치면서 이산화탄소 생산
- 많은 양의 ATP에너지, 전자환원력 NAD(P)를 발생
2) 동화(Anabolism)
- 작은 분자의 물질들이 고분자의 단백질, 세포막, 핵산과 같은 거대 분자로 조합되는 과정
- 저분자들이 고분자의 셍체 세포 활성을 조절하고 우리 몸을 구성하고 있는 다양한 필수 물질들로 전환
- 많은 에너지와 전자들이 필요
마. 에너지 법칙과 생리현상
1) 에너지 제 1법칙
- 에너지 보존의 법칙
- 자연계의 에너지는 형태가 변할 뿐 전체의 에너지는 새록게 창조되거나 사라지지 않는다.
2) 에너지 제 2법칙
- 엔트로피 증가의 법칙
- 에너지가 전체적으로 퍼지는 현상
생명체가 구조를 유지하고 다양한 생명현상을 수행하기 위하여 끊임없이 에너지를 활경으로부터 전환하여 이용함
바. 생체 에너지 분자(ATP, Adenosine triphosphate)
- 탈인산화 반응이 일어날 때, 에너지가 분비되게 됨
- 에너지들을 통해서 다양한 생명 현상들이 사용되는 것
- 그로인해 포스페이트 2개가 남아있는 ADP가 생성이 된다
- 이 ADP는 영양물질분해 및 대사를 통해 다시 ATP로 전환된다.
1) 근육세포
- 외부신호 >> 신경세포 >> 근육세포 >> 근육에너지 발생
- 근육이 수축에 에너지를 만들 때 ATP 가수분해가 사용된다
2) 세포막 전하 및 신경신호전달
- 나트륨 칼륨 펌프 단백질(ATP 가수분해효소)
- 세포막의 안에 존재하는 3개의 나트륨을 배출하는 작용
- 세포막의 외부에 존재하는 2개의 칼륨은 흡수하는 작용
- 이로인해 나트륨(+전하) 3개 배출, 칼륨(+전하) 2개 흡수를 통해
세포는 상대적으로 음전하의 성질을 띄게 되는 것이다.
2. 탄수화물 대사의 이해
가. 에너지대사
1) 포도당 1개 분자 소비
1개의 포도당(탄소6개 수소12개 산소6개)
>> 6개 이산화탄소 + 6개 물분자 + ATP(에너지)
이때 방출되는 에너지는 약 686kcal이 된다
2) 포도당 1개 분자 생산
6새 이산화탄소 + 6개 물분자 + 686kcal 공급
>> 1개의 포도(탄소6개 수소 12개 산소 6개)
위에 에너지는 태양으로부터 공급받는다.
※ 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)
- 온도와 압력이 고정된 열역학적인 계에서 얻을 수 있는 에너지
나. 생체대사반응의 촉매
1) 효소(enzyme)
- 자신은 변화하지 않지만, 각종 대사반응에서 빠르게 만드는 단백질
- RNA 분자가 촉매로 작용하는 경우도 있음
다. 대사반응의 최적조건 : 대사반응이 빠르게 하기 위한 조건
1) 최적온도(37도, 인간의 체온을 일정하게 유지하는 이유)
출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Enzyme
2) 최적의 산성도(pH농도 7~ 7.4)
- 예외적으로 펩신의 경우는 위에서 분비되기 때문에 강한 산성에서 활성화가 잘 된다.
3) 필수 보조인자(미네랄, 비타민 등)
- 칼슘, 마그네슘, 아연 등은 단백질 효소에 필수 구성요소가 될 수도 있다.
라. 광합성(Photosynthesis), 에너지 대사의 시작
1) 광반응(Calvin Cycle)
- 빛, 물, 공기중의 이산화탄소가 만나 포도당(sugar)으로 전환
- 이 대사의 산물이 바로 산소다.
2) 틸라코이드막
- 엽록체의 소기관안에 존재하는 막
- 광의존적 반응
- 빛을 흡수하는 부분
3) 광합성의 명반응(Light-dependent reaction)
- 태양에너지(광에너지)를 흡수하여 NADPH, ATP 등의 확학 에너지로 만드는 대사반응
- 물의 광분해를 통한 산소의 생성 >> 지구 생태계의 근원
※ 식물에 물을 주는 이유
- 식물이 광합성을 할 때 손실되는 전자를 공급하기 위해
- 광합성을 하는 녹색식물에 전자를 공급함으로서 우리는 산소를 얻게 되는 것이다.
출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_2.svg
※ 광합성의 과정 ※
빛 >> 틸라코이드막 >> 엽록소의 활성화 >> 고에너지의 전자 방출
>> 자유에너지를 이용하여 양성자 펌핑 >> ATP Synthase가 ATP 대량 생선
>> ATP, NADPH를 통해 포도당 합성
마. 탄소 고정(Carbon fixation, Calvin cycle)
1) 암반응(캘빈 회로)
- 명반응의 산물인 ATP와 NADPH를 이용하여 이산화탄소(CO2)를 환원시켜 포도당을 합성하는 과정
- 이산화탄소를 환원이켜 포도당을 생선하는 과정 캘빈 회로는 탄소고정
>> 환원(3PG)
>> RuBP 재생의 3단계를 거침
출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reaksi_gelapedit_copy.png
3. 대사의 조절과 관련 질병
가. 발효(Fermentation)
- 산소를 사용하지 않고 에너지를 얻는 당 분해과정
- 인간이 먹는 음식의 1/3이 발효에서 유래됨
- 유익한 세균을 토애 소화용이성과 품미가 개선
- 건강증진에 도움되는 물질이 생선되는 균종도 있음
나. 암세포의 에너지대사(와버그 효과)
- 정상세포 : 미토콘드리아를 거쳐 포도당이 완전히 분해됨
- 와버그효과 : 젖산발표하는 대사능력이 비정상적으로 높음
- 와버그 효과를 통해 암진단을 할 수 있다.
- PET(Positron Emissoion Tomograph)촬영 :
루데옥시글루코스(Fludeoxyglucose)라는 방사선표기물질을 이용하여 극단적으로 활성화된 암세포를 진단하는데 사용할 수 있다.
다. 비만, 에너지대사의 조절장애
1) 인슐린 호르몬
- 췌장 베타세포에서 분비
- 에너지 대사의 핵심호르몬
- 혈당(Blood gluose) 강하작용, 혈당을 낮춘다
- 식사 이후 분비되어 포도당이 근육세포에 빠르게 흡수되도록 도와주는 역할
2) 인슐린 저항성(Insulin Resistance)
- 분비되는 인슐린 호르몬의 작용이 표적세포인 근육이나 지방조직에서 반응성이 감소함으로써 인슐린의 혈당강하반응이 정상적으로 일어나지 못하는 병리학적 현상
3) 당뇨병
- 높은 혈당이 지속적으로 유지되었을 경우 유발되는 대사질환
- 막망병변, 당뇨성 케톤산증, 신경세포 손상, 심혈관 질환, 신부전
※ 당뇨병 원인
- 1형 당뇨(유전적) : 췌장에서 충분한 양의 인슐린을 만들어 내지 못함
- 2형 당뇨(인슐린 저항성) : 몸의 세포가 인슐린에 적절하게 반응하지 못할 때
4) 랩틴(Leptin) : 식욕억제 호르몬
- 지방세포에서 나오는 가장 중요한 호르몬
- 표적세포의 뇌의 시상하부에 존재하여 포만감을 증가시키고 섭식을 억제함
라. 지방(FAT)
1) CH지방산
- CH구성된 지방산 <CH지방산>사슬들이 하나하나 부서질 때마다 ATP가 세포내의 미토콘드리아에서 생산
- 지방산으로 구성되며 동물의 중요한 에너지원
- 뇌는 지방산을 에너지 원으로 쓰지 못하고, 우선적으로 포도당을 에너지원으로 사용한다는 점이 특징
2) 지방세포(Adipocytes, Fat cells)
- 백색지방, 피하지방, 갈색지방으로 구성
- 순기능 : 에너지를 지방의 형태로 저장
- 렙틴을 생성하는 일 / 식욕조절에 중요한 역할
- 살찐 상태에서 계속 과식하거나 운동부족시
: 랩틴저항성이 발생 / 지방세포가 커지면서 지방산, 사이토카인 등의 염증유발물질들이 과량 분비 >> 인슐링저항성을 유발, 당뇨병 유발 위험성 증가
- 빛을 흡수하는 부분
3) 광합성의 명반응(Light-dependent reaction)
- 태양에너지(광에너지)를 흡수하여 NADPH, ATP 등의 확학 에너지로 만드는 대사반응
- 물의 광분해를 통한 산소의 생성 >> 지구 생태계의 근원
※ 식물에 물을 주는 이유
- 식물이 광합성을 할 때 손실되는 전자를 공급하기 위해
- 광합성을 하는 녹색식물에 전자를 공급함으로서 우리는 산소를 얻게 되는 것이다.
출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thylakoid_membrane_2.svg
※ 광합성의 과정 ※
빛 >> 틸라코이드막 >> 엽록소의 활성화 >> 고에너지의 전자 방출
>> 자유에너지를 이용하여 양성자 펌핑 >> ATP Synthase가 ATP 대량 생선
>> ATP, NADPH를 통해 포도당 합성
마. 탄소 고정(Carbon fixation, Calvin cycle)
1) 암반응(캘빈 회로)
- 명반응의 산물인 ATP와 NADPH를 이용하여 이산화탄소(CO2)를 환원시켜 포도당을 합성하는 과정
- 이산화탄소를 환원이켜 포도당을 생선하는 과정 캘빈 회로는 탄소고정
>> 환원(3PG)
>> RuBP 재생의 3단계를 거침
출처 : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reaksi_gelapedit_copy.png
3. 대사의 조절과 관련 질병
가. 발효(Fermentation)
- 산소를 사용하지 않고 에너지를 얻는 당 분해과정
- 인간이 먹는 음식의 1/3이 발효에서 유래됨
- 유익한 세균을 토애 소화용이성과 품미가 개선
- 건강증진에 도움되는 물질이 생선되는 균종도 있음
나. 암세포의 에너지대사(와버그 효과)
- 정상세포 : 미토콘드리아를 거쳐 포도당이 완전히 분해됨
- 와버그효과 : 젖산발표하는 대사능력이 비정상적으로 높음
- 와버그 효과를 통해 암진단을 할 수 있다.
- PET(Positron Emissoion Tomograph)촬영 :
루데옥시글루코스(Fludeoxyglucose)라는 방사선표기물질을 이용하여 극단적으로 활성화된 암세포를 진단하는데 사용할 수 있다.
다. 비만, 에너지대사의 조절장애
1) 인슐린 호르몬
- 췌장 베타세포에서 분비
- 에너지 대사의 핵심호르몬
- 혈당(Blood gluose) 강하작용, 혈당을 낮춘다
- 식사 이후 분비되어 포도당이 근육세포에 빠르게 흡수되도록 도와주는 역할
2) 인슐린 저항성(Insulin Resistance)
- 분비되는 인슐린 호르몬의 작용이 표적세포인 근육이나 지방조직에서 반응성이 감소함으로써 인슐린의 혈당강하반응이 정상적으로 일어나지 못하는 병리학적 현상
3) 당뇨병
- 높은 혈당이 지속적으로 유지되었을 경우 유발되는 대사질환
- 막망병변, 당뇨성 케톤산증, 신경세포 손상, 심혈관 질환, 신부전
※ 당뇨병 원인
- 1형 당뇨(유전적) : 췌장에서 충분한 양의 인슐린을 만들어 내지 못함
- 2형 당뇨(인슐린 저항성) : 몸의 세포가 인슐린에 적절하게 반응하지 못할 때
4) 랩틴(Leptin) : 식욕억제 호르몬
- 지방세포에서 나오는 가장 중요한 호르몬
- 표적세포의 뇌의 시상하부에 존재하여 포만감을 증가시키고 섭식을 억제함
라. 지방(FAT)
1) CH지방산
- CH구성된 지방산 <CH지방산>사슬들이 하나하나 부서질 때마다 ATP가 세포내의 미토콘드리아에서 생산
- 지방산으로 구성되며 동물의 중요한 에너지원
- 뇌는 지방산을 에너지 원으로 쓰지 못하고, 우선적으로 포도당을 에너지원으로 사용한다는 점이 특징
2) 지방세포(Adipocytes, Fat cells)
- 백색지방, 피하지방, 갈색지방으로 구성
- 순기능 : 에너지를 지방의 형태로 저장
- 렙틴을 생성하는 일 / 식욕조절에 중요한 역할
- 살찐 상태에서 계속 과식하거나 운동부족시
: 랩틴저항성이 발생 / 지방세포가 커지면서 지방산, 사이토카인 등의 염증유발물질들이 과량 분비 >> 인슐링저항성을 유발, 당뇨병 유발 위험성 증가
※ 혼자 공부한 것이니 정확한 정보가 아닙니다. ※
부족한 점이나 수정사항 있으면 댓글을 남겨주세요.
댓글
댓글 쓰기