대사

생물체가 생명을 유지하기 위해 체내에서 일으키는 모든 화학 반응의 총체로, 이화작용과 동화작용으로 구성된다.

대사

개요

대사(代謝, metabolism)는 생물체가 생명을 유지하기 위해 체내에서 일어나는 모든 화학 반응의 총체이다. 영양소를 분해해 에너지를 얻는 이화작용과, 그 에너지를 이용해 세포 구성 성분을 합성하는 동화작용, 그리고 노폐물을 배출하는 과정을 포괄한다. 대사의 속도와 경로는 유전적 요인, 호르몬, 식이, 수면, 운동, 장내 미생물 등 다양한 요인에 의해 정교하게 조절된다.

주요 내용

정의와 역사

'대사'라는 개념은 19세기 중반 독일 생리학자들을 중심으로 정립되었다. 테오도어 슈반과 유스투스 폰 리비히 등은 생체 내 물질 변환을 화학적으로 설명하려 시도했고, 20세기 들어 효소학과 생화학이 발달하면서 해당과정, 시트르산 회로, 산화적 인산화 등 핵심 경로가 차례로 밝혀졌다. 한스 크레브스는 시트르산 회로(TCA 회로)를 규명한 공로로 1953년 노벨 생리의학상을 수상했으며, 이 회로는 그의 이름을 따 '크레브스 회로'라고도 불린다.

이화작용과 동화작용

이화작용(catabolism): 탄수화물, 지방, 단백질 등 큰 분자를 작은 분자로 분해하며 에너지를 방출한다. 해당과정, 베타 산화, 단백질 분해, 글리코겐 분해가 대표적이다.
동화작용(anabolism): ATP와 NADPH를 소비해 아미노산, 지질, 핵산, 단백질 등을 합성한다. 단백질 합성, 지방산 합성, 글루코스 신생성, 광합성이 여기에 속한다.

두 과정은 서로 다른 경로를 사용해 동시에 진행되며, 호르몬과 알로스테릭 조절, 피드백 억제를 통해 균형을 이룬다.

에너지 통화 ATP

ATP(아데노신 삼인산)는 세포의 에너지 통화로, 인산 결합 하나가 끊어질 때 약 7.3 kcal/mol의 자유에너지를 방출한다. 포도당 1분자가 완전 산화되면 세포 호흡 전체 과정에서 최대 약 30~32분자의 ATP가 생성된다. ATP는 근수축, 능동 수송, 생합성 등 거의 모든 세포 활동에 사용되며, 세포 내 농도는 수 초 단위로 재생과 소비가 반복된다.

주요 대사 경로

1. 해당과정(glycolysis): 세포질에서 포도당이 피루브산으로 분해되며 2 ATP와 2 NADH를 만든다. 산소가 없어도 진행되는 가장 보편적인 경로다.

2. 시트르산 회로(TCA 회로): 미토콘드리아 기질에서 아세틸-CoA가 산화되어 NADH, FADH2, CO2와 소량의 ATP를 생성한다.

3. 산화적 인산화: 전자전달계와 화학삼투 기울기를 이용해 ATP를 대량 생산하는 핵심 단계다.

4. 지방산 산화와 케톤체 생성: 단식이나 저탄수화물 상태에서 중요한 에너지원이 된다.

5. 요소 회로: 단백질 분해로 생긴 독성 암모니아를 요소로 전환해 소변으로 배출한다.

6. 광합성: 식물과 조류에서 빛에너지를 화학에너지로 전환하는 탄소 동화 경로다.

대사 조절과 호르몬

인슐린은 식후 혈당을 낮추고 저장을 촉진하며, 글루카곤은 공복 시 글리코겐 분해와 당신생을 유도한다. 코르티솔은 스트레스 상황에서 단백질과 지방을 분해해 혈당을 높이고, 갑상선호르몬은 전반적인 대사 속도를 조절한다. 아드레날린은 급격한 에너지 수요에 대응해 즉각적인 분해 반응을 촉진한다.

기초대사량

기초대사량(BMR)은 완전한 휴식 상태에서 생명 유지에 필요한 최소 에너지 소비량으로, 하루 총 에너지 소비의 약 60~70%를 차지한다. 근육량, 체성분, 나이, 성별, 갑상선 기능, 유전적 요인이 큰 영향을 미치며, 나이가 들수록 근육량 감소로 기초대사량이 낮아지는 경향이 있다.

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