[에너지 시스템] 해당과정: 탄수화물의 에너지 전환 경로

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안녕하세요. 핏살롱입니다!

지난 글에서 에너지 시스템 중 "ATP-PC 시스템"에 대해 함께 알아보았습니다. ATP-PC 시스템은 운동 매우 초반에 폭발적인 힘을 발휘하는데 사용되지만 10초 이내에 고갈되는 제한점이 있었죠. 운동을 지속하기 위해 ATP를 생성하는 또 하나의 에너지 시스템을 이번 글에서 소개하려고 합니다. 바로 "해당과정"입니다.

해당과정
Glycolysis

1. 해당과정이란?

해당과정(Glycolysis)은 탄수화물로부터 에너지를 생성하는 시스템입니다. 탄수화물은 섭취 후 소화흡수 과정을 거쳐 포도당 (Glucose) 으로 전환됩니다. 혈액 내 99%의 당은 포도당의 형태로 존재하다가 에너지로 즉각 사용되거나 또는 간이나 근육 조직에 당원(Glycogen)의 형태로 저장됩니다. 좀더 엄밀히 따지면, 해당과정은 포도당이나 글리코겐을 분해하는 과정 중에 에너지원인 ATP를 생성하는 대사 과정입니다.

해당과정은 산소가 필요하지 않는 무산소 대사의 일환이며, 산소의 유무에 관계없이 작동합니다.
포도당이나 글리코겐이 분해되며 생성된 ATP는 근수축 활동에 사용됩니다.
해당과정은 ATP의 생성과 함께 피루브산과 젖산이라는 부산물을 함께 생성합니다.

2. 해당과정의 작동 원리

해당과정은 크게 에너지 투자 단계와 에너지 생성 단계로 구분됩니다. 에너지 투자 단계에서 원래 존재하던 ATP를 2개 사용하고 에너지 생성 단계에서 총 4개의 ATP를 생성합니다. 따라서 최종적으로는 포도당 1분자가 분해되며 총 2개의 ATP와 부산물들을 생성하게 됩니다. 만약 포도당이 아닌 당원을 사용하는 경우에는 에너지 투자 단계에서 ATP를 1개만 사용하기 때문에 총 3개의 ATP가 생성됩니다.

혈중 글루코스(포도당) 사용 시: 총 2개의 ATP + 부산물(피루브산, NADH)
근세포내 저장된 글리코겐(당원) 사용 시: 총 3개의 ATP + 부산물(피루브산, NADH)

포도당(C6H12O6)은 6개의 탄소 골격으로 구성되어 있는데, 해당과정을 통해 3개의 탄소 골격을 가진 피루브산 2개로 전환됩니다.
아래 그림에서 파란 동그라미가 탄소 1개입니다. 포도당은 6개의 탄소를 가지고 있죠. 에너지 투자 단계에서 2개의 ATP가 사용되고 에너지 생성 단계에서 4개의 ATP가 생성되었습니다. 종합하면, 포도당 1 분자가 분해되면서 총 2개의 ATP 생성과 함께 부산물로서 2개의 피루브산과 2개의 NADH가 생성됩니다.

부산물인 피루브산은 경우에 따라 달리 사용되게 됩니다. 아래 그림을 참조하세요.
산소가 충분한 경우(운동강도가 낮은 경우)에는 미토콘드리아로 이동해서 유산소성 대사에서 더 많은 ATP를 생성하는데 사용됩니다.
산소가 부족한 경우(운동강도가 높은 경우)에는 젖산(Lactate)으로 전환됩니다. 젖산의 증가는 혈중 pH를 증가시키고해당과정 관련 효소들의 활성을 저해함으로써 운동수행력을 감소시킵니다.
해당과정은 아래 그림과 같이 산소의 충분여부에 따라 유산소성 해당과정과 무산소성 해당과정으로 구분하여 설명될 수 있습니다.

3. 해당과정의 주요 특징

1) 빠른 에너지 공급

해당과정은 산소가 필요 없기 때문에 빠르게 ATP를 공급할 수 있습니다.
지속 시간: 약 30초에서 2분
운동 강도: 중강도에서 고강도 운동에 적합

2) 제한된 효율성

해당과정은 포도당 한 분자당 2~3개의 ATP만 생성하므로, 장시간 지속적인 에너지원으로는 한계가 있습니다.

3) 젖산 축적

산소가 부족한 상황에서는 젖산이 축적되며, 이는 근육 피로의 주요 원인 중 하나로 여겨집니다. 그러나 젖산은 이후 에너지 재합성에 사용될 수 있어(코리 회로) 완전히 해로운 물질은 아닙니다.
또한 젖산의 제거 능력은 꾸준한 트레이닝을 통해 개선될 수 있습니다.

4. 실제 운동에서 해당과정의 역할

1) 스포츠와 활동

400m 달리기: 약 1분 동안 최대 속도로 달릴 때 주요 에너지원
HIIT(고강도 인터벌 트레이닝): 짧은 고강도 운동 반복
단기간 고강도 움직임이 필요한 스포츠

2) 운동 강도와 지속 시간의 연관성

해당과정은 30초~2분 동안의 중간 지속 운동에서 가장 중요한 에너지 시스템으로 작용합니다.
시간이 더 길어지면 산화적 대사(유산소성 대사)가 주 에너지원이 되고, 시간이 짧으면 ATP-PCr 시스템이 주요 역할을 합니다.

3) 운동 후 회복

젖산으로 전환된 피루브산은 회복기 동안 간에서 코리 회로(Cori Cycle)를 통해 다시 포도당으로 전환됩니다.
전환된 포도당은 다시 해당과정을 통해 ATP를 생성하는데 기여합니다(코리 회로에 대해서는 추후 더 자세히 포스팅 하겠습니다).

5. 해당과정의 한계와 보완

1) 젖산 축적의 문제

젖산은 근육 pH를 낮춰 효소 작용을 저해하고 피로를 유발할 수 있습니다.
꾸준한 트레이닝과 유산소 운동은 젖산 제거 능력을 향상시킵니다.

2) 에너지 효율성 부족

해당과정의 ATP 생성량은 유산소성 대사에 비해 적지만, 빠른 에너지 공급을 보완합니다.
글리코겐 저장량을 늘리기 위해 탄수화물 섭취가 중요합니다.

맺으며

효율적이고 중요한 에너지 공급 경로 해당과정은 중강도에서 고강도 운동에서 빠르고 효과적으로 에너지를 공급하는 중요한 대사 경로입니다. 비록 ATP 생성 효율이 낮고 젖산 축적의 한계가 있지만, 운동 수행 중 큰 역할을 합니다.

적절한 훈련과 영양 섭취를 통해 해당과정의 효율성을 높이면 더 나은 운동 성과를 얻을 수 있습니다. 이러한 측면에서 보면 탄수화물의 적절한 섭취는 운동수행력 향상을 위해 매우 중요하다고 볼 수 있습니다.

그럼 오늘도 핏하게 운동하세요!