운동 에너지란(에너지 기질)

운동 에너지란 무엇일까? 탄수화물, 지방, 단백질의 에너지 기질과 이러한 에너지의 생산속도에 대해서 알아보자.

 

모든 에너지는 태양의 빛 에너지로부터 시작된다. 식물의 화학적 반응(광합성)은 빛 에너지를 식물에 저장되는 화학적 에너지로 바꾼다. 인간은 식물, 또는 동물을 음식으로 섭취함으로써 에너지를 얻는다. 섭취한 음식물의 영양소는 탄수화물, 지방, 단백질 형태로 제공된다. 이러한 세 가지 기본 연료, 즉 에너지 기질은 인체 내에서 분해되면서 저장되어 있던 에너지를 방출한다. 각 세포에는 이러한 기질을 에너지로 전환시키는 화학적 경로가 있으며 생성된 에너지는 그 세포 또는 인체의 다른 세포에 의해 사용될 수 있다. 이 같은 과정을 생체에너지론 이라고 부른다. 다음 링크를 통해 생체에너지에대해 자세히 알아보도록하자.

 

☞ 생체에너지론

Bioenergetics [열역학]

인체 내의 모든 화학적 반응을 통틀어 대사라고 부른다.

 

모든 에너지가 결국에는 열로 바뀌므로 생물적 반응에서 방출되는 에너지의 양은 생산되는 열의 양으로 계산할 수 있다. 생물적 시스템에서 에너지는 칼로리(calorie: cal)로 측정된다. 1칼로리는 1g 물을 14.5도C에서 15.5도C로 1도C 상승시키는 데 요구되는 열에너지의 양과 동일하다. 인간의 경우 에너지는 킬로칼로리(kilocalorie: kcal)로 나타내며 1kcal는 1,000cal와 같다. 때로는 Calorie(대문자C)라는 용어가 킬로칼로리와 동일한 의미로 사용되지만 킬로칼로리가 전문적 그리고 과학적으로 더 올바른 용어이다.

 

세포 내의 일부 에너지는 인체의 성장 그리고 손상된 부분의 복구에 사용된다. 이러한 과정은 트레이닝 기간 동안 근육 무게를 증가 시키며 운동 후에는 근육의 손상이나 부상을 회복시킨다. 나트륨, 칼륨, 칼슘 같은 많은 물질들을 세포막 사이로 능동적으로 이동 시키기 위해서도 에너지가 요구된다. 능동적 이동은 세포의 생존ㄷ과 항상성(homeostasis)유지에 필수적이다. 또한 근원섬유는 신체 내에서 방출되는 일부 에너지를 사용하여 액틴과 마이오신 필라멘트가 당겨지도록 해서 근육 수축 및 힘의 발휘를 가져온다.

운동연료

에너지 기질

화학적 결합(분자를 형성하기 위해 원소를 함께 잡고 있는 결합)이 부서지면서 에너지가 방출된다. 기질은 탄소, 수소, 산소로 구성되어 있으며 단백질의 경우는 질소 또한 포함되어 있다. 이러한 원소를 함께 잡고 있는 분자적 결합은 비교적 약하므로 결합이 부서질 때 적은 양의 에너지가 방출된다. 그러므로 음식은 세포 활동에 지겆ㅂ적으로 사용되지 않는다. 그 대신 음식의 분자적 결합에 내재되어 있던 에너지는 세포 내에서 화학적으로 방출되면서 고에너지 화합물인 아데노신삼인산(adenosine triphosphateL ATP)으로 저장된다.

휴식 중에는, 인체가 필요로 하는 에너지는 탄수화물과 지방의 분해로부터 거의 균등하게 얻어진다. 단백질은 화학 반응을 돕는 효소로서 그리고 신체의 구성 재료로서 중요한 기능을 하지만 인체의 대사에서는 통상적으로 소량의 에너지를 제공한다. 짧은 지속시간의 강도 높은 근육활동에는 더 많은 양의 탄수화물이 사용되며 ATP 생산에 대한 지방의 의존도는 줄어든다. 시간이 좀 더 길고 강도가 낮은 운동에서는 지속적인 에너지 생산을 위해 탄수화물과 지방이 사용된다.

탄수화물

운동 동안 사용되는 탄수화물의 양은 탄수화물의 사용 가능성 여부 그리고 그ㅜㄴ육의 탄수화물 대사 능력 두 가지 모두와 관련이 있다. 모든 탄수화물은 궁극적으로 탄소가 6개이고 단당인 글루코스로 바뀌며 이것은 혈액을 통해 신체의 모든 조직으로 운반된다. 휴식상태에서는 인체 내로 흡수된 탄수화물은 근육과 간에서 더욱 복잡한 복합당(당 분자가 여러 개 연결 된)형태인 글리코겐으로 저장된다. 글리코겐은 세포가 ATP를 만들기 위해 사용할때까지 근육세포의 세포질에 저장되어 있다. 간에 저장된 글리코겐은 필요에 따라 글루코스로 다시 바뀌며 혈액을 통해 활동적인 조직으로 운반된 다음 그 곳에서 대사된다.

간과 근육의 글리코겐 저장량은 한정되어 있으며 식단에 상당량의 탄수화물이 포함되어 있지 않을 경우에는 장시간의 강도 높은 운동 동안 고갈될 수 있다. 그러므로 글리코겐 저장량을 계속해서 보충하기 위해서는 식단으로붙어 탄수화물을 충분히 섭취해야 한다. 충분한 양의 탄수화물을 섭취하지 않으면 근육의 주된 에너지원이 고갈될 수 있다. 그 뿐만 아니라 탄수화물은 두뇌 조직에 사용되는 유일한 에너지원이다. 따라서 심각한 탄수화물 고갈은 인지능력에 부정적인 영향을 미친다.

탄수화물

지방

지방은 장시간 지속되는, 강도가 다소 낮은 운동 동안 상당한 양의 에너지를 제공한다. 지방의 형태로 신체에 저장된 잠재적인 에너지는 무게와 양, 두 가지 모두 탄수화물 저장량보다 훨씬 많다. 신체지방이 좀 더 많은 일반적인 중년 성인의 경우 지방 저장량은 이보다 약 2배가 될 것이며, 탄수화물 저장량은 거의 같을 것이다. 그러나 지방은 복잡한 형태인 트라이글리세라이드(triglyceride)에서 기본구성요소인 글리세롤(glycerol)과 유리지방산 (free fatty acids:FFAs)으로 먼저 분리되어야 하기 때문에 세포 대사에 곧바로 사용하기가 탄수화물 보다 좀 더 어렵다. 유리지방산만이 ATP를 생성하는 데 사용된다.

같은 무게의 탄수화물(4.1kcal · g-1)보다 지방(9.4kcal · g-1) 분해로부터 훨 씬더 많은 양의 에너지가 ㅈ공된다. 그럼에도 불구하고 지방으로부터의 에너지 방출 속도는 강도 높은 근육활동의 에너지 요구량을 충족시키기에 너무 느리다.

인체에서 발견되는 다른 유형의 지방은 에너지 생상과는 관련이 없는 다른 역할을 한다. 인지질은 세포막을 구성하는 핵심적인 요소이며 일부 큰 싱ㄴ경 둘에의 보호적인 막을 형성한다. 스테로이드는 세포막에서 발견되며 또한 여성호르몬과 남성호르몬 같은 호르몬의 구성 요소로 사용된다.

지방

단백질

단백질 또한 에너지원으로 사용될 수 있지만 단백질은 먼저 글루코스로 바뀌어야만 한다. 단백질이나 지방(글리세롤)이 글루코스로 전환되는 과정을 글루코스신생합성(gluconeogenesis)이라고 부른다. 단백질을 지방산으로 바꾸는 과정을 지방생성(lipogenesis)이라고 부른다. 단백질은 장시간 동안의 신체활동에 요구되는 전체 에너지의 5~10%까지 공급할 수 있다. 단백질의 가장 기본적인 구성단위인 아미노산만이 에너지로 사용될 수 있다: 1g의 단백질은 약 4.1kcal를 제공한다.

단백질