에너지 대사에 대하여

1. 에너지란 무엇인가?

에너지와 영양 및 건장에 관한 분야는 최근 많은 관심을 받고 있다. 세계 인구 중 많은 사람들이 식량부족으로 충분한 에너지를 얻지 못하고 건강 장애를 초래하며 또 많은 사람들은 에너지 과잉 섭취로 여러 가지 영양 문제를 일으키고 있기 때문이다.

우리가 흔히 쓰는 에너지란 말은 그리스어에서 유래되며 우리의 신체가 일을 할 수 있는 힘을 말한다.

대사라는 말도 그리스어의 유래로 음식에 있는 물질들이 체내에 들어와 화학변화를 일으켜서 다른 물질로 전환되는 것을 의미한다.

우리 인체가 사용하는 에너지의 근원은 태양으로부터 오며, 이를 직접적, 간접적으로 사람과 동물이 이용하여 당질, 단백질, 지방의 화학 결합 에너지로 저장한다. 즉, 녹색식물이 광합성 작용으로 물과 이산화탄소로부터 태양에너지를 저장할 수 있는 물질인 포도당을 합성하고 포도당이 기초가 되어 당질, 단백질, 지방 등의 화학에너지로 바꾸어 저장한다.

인체는 식품을 통해 이들 동물과 식물의 저장 에너지를 공급받으며 실제 인체가 사용하는 에너지의 형태는 에이티피이므로 식품에서 온 탄수화물, 단백질, 지방의 화학 결합 에너지를 에이 티피 형체로 바꾸는 과정이 필요하다. 이들 결합 에너지가 에이티피로 전환되는 에너지 대사는 결국 식품이 전자의 공여지로써 작용하여 식품의 전자를 산소에 전달하여 물과 이산화탄소를 만드는 과정이다.

전자 전달반응은 여러 단계를 거쳐서 일어나고 그중의 일부가 유용한 형체의 에너지인 에이티피로 저장된다. 생성된 에이티피는 근육의 수축이나 막의 이온 이동이나 단백질, 지방 등 여러 고분자 합성 등에 이용되는데 체내에서는 상호교환이 가능하다.

일반적으로 식품 에너지의 에이티피 형태로의 전환율은 약 25~40퍼센트 정도이며 나머지는 열로 발산되어 체온 유지에 쓰인다.

에너지를 표시하는 단위는 칼로리와 줄이 있다.

1칼로리는 물 1밀리리터를 14.5℃에서 15.5℃로 올리는데 필요한 열량으로 생체 내에서 일어나는 에너지는 칼로리로 표현하기에는 너무 크므로 단위는 킬로칼로리로 사용한다.

줄은 미터법에 의한 열의 측정 단위이다. 1줄은 1뉴턴의 힘으로 1 킬로그램의 물체를 1미터 옮기는데 필요한 에너지로 1칼로리는 4.184킬로 줄로 환산할 수 있다.

2. 식품의 함유 에너지

신체가 필요로 하는 적당한 에너지는 식품에 포함된 열량 영양소인 당질, 지방, 단백질을 섭취해서 이들 영양소가 소화 흡수되면 산화, 분해되어 발생한다. 이 열량 소가 완전히 연소하면 물질 중의 탄소는 이산화탄소로, 수소는 물로, 질소는 질소가스로, 황은 아황산가스 등의 산화물로 바뀌면서 동시에 열이 발생한다.

2-1. 식품의 에너지 측정

(1) 식품의 열량과

식품의 함유 에너지는 봄열량계로 연소열을 측정해서 식품의 총열량 가를 구한다.

이 열량계는 태우고자 하는 시료를 순간적으로 태우는 두꺼운 철제 관과 시료의 연소 때 발생하는 열을 흡수하는 물, 그리고 외부로부터의 열 발산을 막기 위한 외각 장치로 만들어져 식품을 태우면 주위의 물로 열이 이동되고 수온이 올라간다. 이로써 식품을 태우기 전후의 물 온도를 측정해 식품의 연소열을 계산한다.

봄열량계로부터 나오는 각 열량 영양소의 연소 열량은 일반적으로 탄수화물 1그램당 4.10칼로리, 지방은 9.45칼로리, 단백질은 5.65칼로리 알코올은 7.1칼로리 열량을 낸다. 이때 연소 열량은 실제 인체에서 이용되는 에너지보다 높은데, 이는 인체의 에너지 효율이 열량계보다 떨어지기 때문이다.

(2) 생리적 열량과

신체는 생리적 과정으로 에너지 대사에 재조정이 필요하다. 섭취된 식품은 체내에서 완전히 소화하지 못하므로 체내에서 사용될 수 있는 에너지는 측정된 연소 열량에 소화율을 곱해 주어야 한다. 또한 단백질이 에너지원으로 이용될 때는 질소가 소변을 통해 배설되기 위해 에너지가 손실되므로 단백질 1그램당 1.5칼로리를 감해 주어야 한다. 실제로 에너지를 방출하는 생리적 열량 가를 계산하여 식품의 에너지로 쓴다. 이 생리적 열량 가를 애트워터식 계수 또는 에너지 환산계수라고 한다. 영양소의 소화흡수율은 식품의 종류에 따라 크게 영향을 받는데 특히 섬유소가 많은 경우에 낮아진 자. 식품의 양이 같더라도 동물성 식품과 정제된 식물성 식품은 애트워터식 계수로 환산한 열량 가가 실제보다 낮고 푸른 채소나 식물성 식품은 실제보다 높게 계산된다.

이는 식품의 열량 밀도, 100그램 중의 열량 가가 나들이 때문이다. 견과류, 버터, 마요네즈와 같이 지방이 많거나, 수분함량이 적은 과자류나 캔디류 등은 열량 밀도가 높은 식품이며 반면에 채소와 과일은 수분이나 식이 섬유질이 많아서 열량 밀도가 낮은 식품이다. 육류나 생선 및 감자류와 곡류 등은 중간 상태라고 할 수 있다. 그러나 조리 과정에서 지방을 많이 사용하면 음식의 열량 밀도가 높아질 수 있다.

2-2. 신체 에너지 대사량

사람이 하루에 얼마나 에너지를 소비하는지를 아는 것은 식품을 얼마나 섭취해야 하는가를 결정하는 데에 매우 중요하다. 식품에 함유된 에너지는 앞에서 말한 봄열량계로 측정할 수 있으나 인체의 에너지 대사량을 측정하는 방법에는 직접 열량 특정 법과 간접 열량 특정 법의 두 가지가 있다.

(1) 직접 열량측정법 : 정확성은 높으나 설비 비용이 많이 들고 고도의 기술이 요구되며 실험대상자가 제한된 곳에 오래 있어야 하므로 인체의 에너지 대사량은 간접 열량 측정법을 더 많이 이용한다.

(2) 간접 열량 측정법 : 에너지 소비 시에 발생하는 열량을 직접 측정하는 것이 아니라 산소 소비량과 생성하는 이산화탄소 배출량을 측정하여 각 활동 시 에너지 소모량과의 상관관계를 나타내는 공식을 적용해 간접적으로 소모 열량을 계산하는 방법으로 호흡 교환법이라고도 한다. 배출되는 이산화탄소량으로도 소비 에너지 측정이 가능하나 오차가 크기 떄문에 주로 산소소모량을 측정한다.