동물 에너지 흐름

동물 세포 에너지의 최종

• 모든 생물은 궁극적으로 세포 내의 ATP 분자를 가수분해하여 화학 에너지를 공급받음

• 이 에너지로 생장, 세포분열, 물질수송, 근육 수축 등 생명활동 대부분 가능

• ATP는 즉각적인 에너지 공급엔 좋지만, 저장에는 무척 비효율적

• 따라서 동물은 포도당, 지방, 단백질 형태로 에너지를 저장한다.

• 이후 이들을 분해해 ATP 를 얻음

호흡과 발효

• 둘 다 에너지가 축적된 곳(포도당 등)에서 ATP를 얻어내는 과정

• 발효는 산소를 전자수용체로 사용하지 않고 ATP를 생성
• 세포질의 효소에 의해 일어남
• 호흡에 비해 비효율적이나, 산소 운반 없이 빠르게 ATP 생성 가능
• 동물의 근육세포의 무산소 운동 중 일어나는 젖산 발효도 발효
• 발효 부산물은 젖산과 알코올 등이 있으며, 동물의 발효는 대부분 젖산 생성

• 호흡은 산소를 사용해 ATP를 생성
• 동물과 식물 세포 내의 미토콘드리아에서 일어남
• 대부분의 진핵 생물은 호흡을 해서 ATP를 생성한다.
• 동물은 종에 따라 혈관계, 기관계, 수관계 등등을 통해 산소를 세포까지 공급
• 발효에 비해 많은 ATP 생성이 가능하지만, 반응속도 느림

섭취, 소화, 합성

• 모든 동물은 에너지를 다른 생물체를 섭취하여 얻음

• 영양소 중 일부는 그대로 흡수되어 쓰이기도 함

• 그러나 대부분은 효소를 통해 분해하는 소화 과정을 거쳐야 동물이 쓸 수 있는 화합물이 됨 (이화작용)

• 고효율의 에너지 운송과 저장을 위해 화합물을 합쳐 큰 분자로 만들기도 함 (동화작용)

탄수화물과 당류

• 탄수화물은 탄소와 물이 결합된 구조를 가지는 모든 종류의 화합물을 이른다
• 일상적으로 탄수화물(쌀, 밀 등)을 말하면, 그 중 전분이 많은 식물성 식품을 의미한다.
• 전분도 탄수화물의 일종이고, 그 중 다당류의 일종이다.

• 단맛이 나는 탄수화물인 단당류와 및 단당이 2개 이상 연결된 다당류를 묶어 당류라고 함

• 단당류 - 효소 분해 거의 불필요
1. 포도당
2. 과당
3. 갈락토스 등

1. 이당류 - 효소 분해 필요
1. 설탕 - 수크레이스
2. 젖당 - 락타아제 (이 효소 부족한 상태가 유당불내증)
3. 맥아당 - 말타아제

2. 다당류 - 효소 분해 필요
1. 전분 - 아밀레이스
2. 글리코겐 - 아밀레이스(소화), 포스포릴레이스(세포 내 분해)
3. (식이섬유)셀룰로오스 - 셀루라아제(인간 소화 불가)

지방

• 중성지방은 지방산과 글리세롤로 이루어진 화합물

• 식물과 동물 양쪽에서 지방 존재
• 식물 세포의 기름 방울을 추출한 것이 식물성 기름
• 동물은 지방 세포가 지방을 축적하며, 비계가 지방 세포 조직

• 섭식된 지방은 소장에서 리파아제로 소화 후 혈액으로 운반

• 간세포에서는 여분의 포도당과 아미노산을 지방으로 전환(신생지방합성)
• 초식동물이 지방 섭식 없이도 지방을 축적할 수 있는 이유
• 탄수화물만으로도 인체 지방이 축적되는 이유

• 지방 세포는 혈액속에 포장된 지방을 트리글리세라이드 형태로 저장
• 이후 호르몬 신호를 받으면 지방 분해 후 지방산을 알부민에 결합시켜 혈액으로 방출

• 체 내의 각 세포는 혈액 속 알부민에 부착된 지방산으로 ATP 생성 가능

• 분자당 에너지가 포도당에 비해 높음 → 고농축이라 효율적인 저장가능

단백질

• DNA → mRNA → mRNA가 코드화 한 아미노산이 접히며 단백질 합성

• 단백질은 뼈대(근세포) 역할도 하며, 기계(효소, 운반물질)를 동시에 만듦

• 기능에 따른 단백질의 분류
• 효소
• 구조
• 수송
• 저장 - 에너지 저장을 위해 단백질이 쓰이기도 함
• 단백질을 분해해 만든 아미노산을 직접 에너지원으로 사용
• 당생성 아미노산으로 간에서 포도당 합성
• 케톤생성 아미노산은 지방 합성
• 수용체
• 운동
• 방어
• 호르몬

인간까지 오는 에너지 흐름

1. 광합성 생물
1. 태양 에너지로 단당류 생성
2. 단당류를 이당류, 다당류로 합성해 보관 용이하게 저장하기도 함
3. 뿌리에서 토양 속 질소 흡수
1. 단당류와 질소를 이용해 아미노산 생성
2. 리보솜에서 단백질 합성
4. 탄수화물과 아미노산으로 신생 지방 합성해 배유, 씨앗에 저장하기도 함

2. 주요 초식동물 (반추동물)
1. 셀룰로오스 섭취가 주력
1. 직접적으로는 이들도 셀룰로오스를 체내에서 소화 불가능
2. 반추위 안의 미생물들이 셀룰라아제로 섬유소를 포도당으로 분해
3. 미생물은 셀룰로오스를 분해해 포도당을 만든 뒤 발효하는 과정에서 부산물로 VFA가 나옴
4. 동물은 VFA를 흡수해 에너지원으로 사용함
2. 단백질, 지방 합성

3. 육식동물
1. 탄수화물 대신 다른 동물의 단백질과 지방이 주요 에너지원
2. 펩신, 리파아제로 동물성 단백질 분해 가능
3. 녹말, 탄수화물, 섬유소 등은 분해 못하거나 효율 떨어짐

4. 잡식동물
1. 동식물 섭식으로 얻은 탄수화물, 지방, 단백질을 각각 포도당, 지방산+글리세롤, 아미노산으로 소화
2. 인간은 섬유소는 소화할 수 없으나, 이당류, 다당류(전분,글리코겐) 소화 가능

5. 사람의 에너지 사용처
1. 기초대사가 60퍼센트 이상 차지
1. 대사 (간 등)
2. 신경계 (신경 전달, 전기적 활동 유지)
3. 각 조직 유지 빛 생장
4. 심장의 지속적 수축
5. 내분비
6. 면역계
2. 체온 유지 5~10퍼센트
1. 기초대사에서 이미 열이 발생함
2. 급하게 체온 상승 필요 시 근육 세포 미세 떨림
3. 폐열 방출 시 혈관 확장, 폐 호흡 증가, 땀 배출
3. 소화에서 약 5~15퍼센트
4. 활동으로 인한 에너지 소비가 15 ~ 30퍼센트

6. 미시적 관점(세포단위)에서 에너지 사용
1. 대부분의 인간 세포는 미토콘드리아에서 혈액 속 포도당과 지방산을 산화해 ATP 생성
2. 일부 세포(근육 세포 등)의 경우 젖산 발효 사용해 ATP 생성하기도 함
3. 생성된 ATP는 세포 내 단백질(효소, 운동단백질 등)에서 가수분해되어, 화학에너지가 기계적,화학적 일로 전환됨

7. 사람 근육에서 에너지 사용
1. 무산소 운동 (최대 1~2분)
1. 근육세포에 저장된 ATP로 수 초 정도 에너지 공급
2. 크레아틴 인산 사용
3. 약 10초 후 크레아틴 인산까지 고갈되면 근육 세포 내에서 젖산 발효 시작
1. 근육세포에 저장된 글리코겐에서 젖산 발효
2. 다당에서 단당으로 분해되고, 단당에서 ATP를 뽑아내는 해당과정 작용
2. 유산소 운동 (수 분 이상)
1. 장기간 운동이 시작되면 무산소로는 ATP 수요 충족 못함 → 산소 대사 시작
2. 미토콘드리아가 글리코겐, 근육 내 중성지방, 혈액 속 포도당과 지방산에서 ATP를 생성하기 시작
3. 미오글로빈 작용 (약 수초~수십초)
1. 유산소 운동 초기에는 폭발적인 산소가 필요
2. 아직 심혈관계의 반응이 늦어 적혈구에서 헤모글로빈에서 산소 운반하는 것은 오래 걸림
3. 미토콘드리아는 미오글로빈이 방출하는 산소를 씀
4. 심박수, 호흡수 상승하고 모세혈관이 확장한 뒤부터 미오글로빈 없이도 안정적인 산소 공급 가능
5. 비상시에는 근육 단백질 자체를 분해해 아미노산까지 사용하기 시작