탄수화물

(Carbohydrates)

제4강의

2014. 2학기 가천대헉교 운동재활복지학과 담당교수 이은석, 김지연

탄수화물 (Carbohydrates)

(CH2O) – 탄소(C) – 수소(H) – 산소(O)의 3원소로 구성

단당류 (monosaccharides) 이당류 (di) 다당류 (poly)

1) 단당류 당을 구성하는 탄소의 수에 따라 :

7탄당 (sedoheptuyose) 6탄당 (hexoses) 5탄당 (pentoses) 4탄당 (tetroses) 3탄당 (trioses)

보통자연식품 – 6탄당

포도당 (glucose) – 과일, 식물

과 당 (fructose) – 꿀, 채소, 과일 갈락토오스

5탄당 – 인체, 세포 내에서 쉽게 합성 Ribose (RNA) – 핵산의 구성성분 Deoxyribose (DNA) – Ribonucleic Acid Deoxyribonucleic Acid

탄수화물 (Carbohydrates)

2) 이당류 (Disaccharides)

2개 내지 10개의 단당류가 각 당에 있는 OH기를 통하여

자당(sucrose, sugar) – 채소, 과일, 설탕(사탕수수, 사탕무)

맥아당(maltose) – glucose + glucose

유당(lactose) – glucose + galactose

탄수화물 (Carbohydrates)

한 분자의 수분이 제거되면서 결합된 것. (glycosidic linkage)

glucose + fructose

: 모유 약 6~7% 우유 4.5~5%

탄수화물 (Carbohydrates)

3) 다당류 (polysaccharides)

• 수많은 단당류가 결합되어 만들어진 복잡한 중합체 • 한 종류의 단당류만으로도 구성된 Homopolysaccharides • 몇 종류의 단당류 Heteropolys

• 음식물의 저장 당질로서 대표, 중요한 에너지원이다. • 전분은 동물에는 없고 식물에만 존재 → 곡류와 구근류, 두유 • 포도당의 축합 - amylose와 amylopectin - 으로 이루어진 중합체 • amylose → 직쇄상의 포도당 배열을 가진 전분 (glucose가 1-4결합 ) • amylopectin → 측쇄상의 포도당 배열을 가진 전분(가지가 갈라진

구조) glucose가 1-4, 1-6결합

전분 (starch)

탄수화물 (Carbohydrates)

Glycogen

• 식물에서 에너지를 전분(starch)으로 저장하는 것과 마찬가지

• 동물에서는 에너지를 glycogen의 형태로 저장

• 6000~30,000의 glucose로 구성

• homopolysaccharides

탄수화물 (Carbohydrates)

탄수화물 (Carbohydrates)

Dietary fiber ( 식이 섬유소 )

• glucose가 β-1. 4결합으로 결합된 것으로 인체의 소화효소에는

이 결합을 분해할 수 있는 효소가 없다.

• 영양성분이라기 보다는 장내에 부피를 주고(포만감) 장벽을

자극하여 장의 연동작용이 활발히 이루어지도록 도와줌

• water-holding capacity ( Hemicellulose )

• 지방과 콜레스테롤의 흡수를 방해 – 혈중 콜레스테롤 ↓

• 과일, 두류, 채소에 존재하는 pectin, gum

탄수화물(CHO)의 기능

2. 단백질 절약작용

4. 중추신경계의 에너지원

당원신생 (Gluconeogenesis)

저혈당증 (Hypoglycemia)

생성되는 과정

: 지방이나 단백질로부터 포도당이

3. 지방대사의 조절

1. 에너지 급원

흡수된 단당류

아미노산→

간 glycogen

혈액젖산

근육 glycogen

혈 당 blood glucose

어떤 것이 혈액의 glucose level을 유지하는 데 책임이 있는가?

탄수화물(CHO)의 대사

지방 →

포도당 →

탄수화물(CHO)의 대사

흡수된 단당류 → 간(liver) galactose + fructose → gluscose로 변환 ↓ 혈액을 통해 다른 조직으로 운반 일부 glycogen으로 저장

정상인의 CHO저장량

간 glycogen 75-100 g 300-400kcal 혈당유지에 큰 공헌

근육내 glycogen 300-400g 1,200-1600kcal

혈중 글루코스 5g 20kcal

glycogen glucose 1 Po4

Phosphsoglucomutae (인산 1포도당을 인산

glucose 6 Po4

Phophatase in liver

glucose

not present in muscle

Po4

탄수화물(CHO)의 대사

6포도당으로 전환하는 촉매효소)

해당과정

Citric acid cycle;

구연산회로 크렙회로

혈중 에피네플린, 노르에피네플린의 증가하는 시기

해당과정 시 NADH 생성증가

왕복체계의 실패

피루브산 젓산 생성

속근섬유- LDH와의 친화력- 젓산생성

운동강도의 증가—근력사용 증가- 속근사용량 증가

탈수소복합체

Vitamin B1

전자전달계 (electron transfer)

NADH : 3개의 ATP, FADH : 2개의 ATP

step 1) Glucose, Fatty acid, Amino acid 는 산화되어 Acetyl-CoA를 생성한다.

step 2) Acetyl-CoA는 citric acid cycle로 들어가 효소적으로 산화되어 CO2가 된다. 과정에서 방출되는 에너지는 , NADH와 FADH2로 보존된다.

step 3) 이들 보조인자가 산화되어 H+와 electron을 생성한다. 이것은 분자상 산소로 전달되고, 이를 환원시켜 H2O를 생성한다.(electron transfer) 이때 다량의 에너지가 유리되고 ATP형으로 보존된다.

그러면, 필요이상의 많은 양의 탄소화물을 섭취한다면. . .

glycogenesis

Mg2+

cAMP Insulin Glucagen epinephrine

phosphorylasa

+ -

에너지원 이용에 미치는 요인

( The Mechanism of controling blood glucose)

◎ Major control of blood glucose levels is achieved through the actions of the antagonistic pancreatic hormones.

Insulin & Glucagon

Act opposite each other

Glucagon – secreted by 알파 cell

Insulin 베타 cell in pancrea (췌장의 Langerhans의 베타세포)

Insulin

glucose glycogen

Insulin induces the activity of glucokinase

Target tissue (muscle)

glucose glucogen 6 PO4

glucokinase adding phosphate group to glucose group (PO4를 글루코스에 붙이는)

So insulin stimulates storage of glucose

몇단계

glucagon

Activity of phosphorylase (splitting phosphate)

Splitting glycogen

glycogen Glucose 1 PO4 Phosphorylase (가인산 분해효소)

부신수질의 유효 Hormone :

혈압상승, 심근자극, 심박수 ↑, 혈당증가 (Epinephrine ↑ glucose level)

lactate dehydrogenase

Glucose Glycogen

glucose 6-phosphate

fructose 6-phosphate

fructose 1, 6-diphosphate

2(glyceraldehyde 3-phosphate) dihydroxyacetone phosphate

2(1, 3-diphosphoglycerate)

2(3-phosphoglycerate)

2(2-phosphoglycerate)

2(2-phosphoenolpyruvate)

2(Pyruvate)

glycerol 3-phosphate

glycerol

2(Lactate)

glucose 1-phosphate

hexokinase

glucose-phosphate isomerase

phosphofructokinase

adolase

phosphotrios isomarase glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase

phosphoglycerate kinase

phosphoglyceromutase

enolase

pyruvate kinase

Kreb’s Cycle

ATP

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

2ATP

2ADP + 2Pi

2ATP

2ADP + 2Pi

2NAD+

2NADH + 2H+

Anaerobic system (Glycolysis, Glycogenolysis)

2NAD+

2NADH + 2H+

glycasyltransferase

phosphoglucomutase

2α-Ketoglutarate Isocitrate dehydrogenase

α-ketoglutarate dehydrogenase

2Oxaloacetate

2Citrate

2cis-Aconitate

2Isocitrate

2Oxalosuccinate 2Succinyl-CoA

2Succinate

2Fumarate

2Malate

Glucose 2Pyruvate 2Pyruvate 2Acetyl-CoA

Citrate synthetase

Aconitase

Aconitase

Isocitrate dehydrogenase

Succinate thiokinase

Succinate dehydrogenase

Fumarase

Malate dehydrogenase

NAD+

NADH+ + H+

NAD+

NADH+ + H+

NADH+ + H+

NAD+

FAD+

FADH2

ADP + Pi

Pyruvate dehydrogenase

NAD+ NADH+ + H+

TCA Cycle

ATP

Kerbs Cycle

Citric Acid Cycle

Monocarboxylate transporter

Liver Blood muscle

Glycogen

Glucose

Glucose 1 PO4

Glucose 6 PO4

pyruvate Lactate Lactate

Pyruvate <-> Lactate

Glucose 1 PO4

Alanine Alanine Alanine

-NH2 Cori cycle Lactic Acid cycle

지방세포

중성지질

지방산 글리세롤

근육세포

알라닌

젖산

피루브산

포도당 아미노산

근글리코겐 근육단백질

포도당

혈액

포도당

신체는 어떤 형태의 운동에서 에너지원으로서의 탄수화물에 많이 의존하는가?

• 탄수화물은 고강도 운동을 위한 가장 중요한 에너지원이며 유산소성 및

• CHO는 휴식시 체내 에너지 필요량의 약 40%공급

탄수화물은 운동시 왜 중요한 에너지원인가?

젖산system의 유일한 에너지원, 유산소system에서도 가장 효율적 원료.

① 1l의 산소로부터 얻을 수 있는 에너지가 가장 많다. ( CHO : 5.05kcal FAT : 4.96kcal )

신체 안에 저장된 모든 CHO (혈중 글루코스, 간 글리코겐, 근 글리코겐)도 다양한 운동상황에서 에너지 생성에 중요하다. Metabolic water – 대사적 수분

( 저강도 운동에서는 지방이 중요한 에너지원)

무산소성 에너지 경로에서 중요하게 작용할 수 있는 유일한 요소

② CHO는 근육 수축을 위한 ATP생성도 지방보다 3배 빠르다.

유산소 운동은 탄수화물대사에 어떤 영향을 주는가?

1. VO2max 증가

2. 피로를 느끼지 않고 VO2max 의 더 높은 비율에서 움직일 수 있게 될 것이다

5. 더 많은 글리코겐이 근육에 저장

3. 크렙스회로에 관여하는 효소의 증가

4. 지방산화 촉진 (근글리코겐 이용량 감소)

저혈당증은 피로증가와 어떠한 관계가 있는가?

• 저혈당증을 확인시켜주는데 보통 이용되는 수치는 100ml당 45mg, 즉 리터당 2.5mmol이다.

혈당농도를 조절하는 주요 호르몬

호르몬 분비선 자극내용 작용

인슐린 췌장 혈당의 증가 세포로의 포도당 운반 : 혈당의 감소

글루카곤 췌장 혈당의 감소, 운동자극 간에서의 당신생 증진 : 혈당의 증가

에피네프린 부신 운동자극. 혈당의 감소, 간으로부터 글리코겐 분해 및 포도당 방출 활성화 : 혈당의 증가

코티졸 부신 운동자극, 혈당의 감소, 단백질분해 및 당신생의 활성화 : 혈당의 증가

탄수화물 축적 (Glycogen loading)

(1) 탄수화물 축적 또는 글리코겐 축적이란?

• 피로를 지연시킨다는 관점에서 간 및 근글리코겐 함량을 증진시키기 위해

(2) 탄수화물 축적은 어떤 종목에서 활용되는가?

- 근글리코겐을 주에너지원으로 이용하는 종목과 운동수행과정에서 근섬유 내의

- 장거리선수, 수영선수, 싸이클선수, 철인3종경기, 크로스컨트리, 스키선수 등과

• 일반적으로 중요한 경기를 앞둔 3~7일간의 준비기에 이용

계획된 식이방법.

같이 장시간 걸쳐 높은 수준의 에너지소비를 지속해야 하는 선수들에게

기본적으로 적절한 것.

글리코겐이 고갈될 가능성이 높은 종목.

(3) 탄수화물 축적 방법은?

• 고전적 방법 : 고갈 → CHO박탈 → 축적

• 단점 : 1. 인내하기가 매우 어렵다. 2. 탄수화물이 결핍되면 무기력, 혼수, 흥분상태 나타남. 3. 장시간 걸쳐지는 수준의 운동의 수준은 추가적 글리코겐의 저장을 방해하는 근육 외상 유도.

• 현대적 방법 : 고갈단계 → 축적단계

(탄수화물의 축적은 근육의 글리코겐 함량을 증가)

탄수화물 축적 (Glycogen loading)