에너지 대사작용

살아 있는 생물체는 생존하고 성장하며 번식하기 위해 일해야 하고, 일을 효과적으로 수행하기 위해서는 에너지가 필요하다. 자동차가 움직이려면 연료가 필요한 것처럼 인체도 여러 기관이 상호작용하면서 움직이기 위해서는 에너지가 필요하다. 특히 인체의 움직임은 특정한 한 기관이 이루어내는 것이 아니라 골격, 근육, 신경, 내분비샘 등과 같은 여러 기관이 상호 작용을 하게 될 때 가능해진다. 생물체에 필요한 에너지는 일차적으로 태양광으로부터 직접 혹은 간접적인 방법을 통해 얻어진다. 태양 에너지의 실체는 핵에너지에서 발생하고, 이 핵에너지 중 일부가 빛에너지 형태로 전환되어 지구상에 도달한다. 이런 빛에너지를 받으면서 엽록체를 가진 녹색식물이 대기 중의 이산화탄소와 뿌리에서 흡수한 물을 이용하여 포도당, 녹말, 단백질, 지질과 같은 에너지가 풍부한 생성물을 만들어 낸다. 이처럼 녹색식물이 자신의 양분을 만들어 내는 과정을 광합성이라고 하며, 사람은 광합성을 할 수 없기 때문에 녹색식물이나 육류를 음식물로 섭취하여 움직이는 데 필요한 에너지를 지속해서 공급 받는다. 자동차가 움직이는 데 필요한 에너지는 연료를 태워서 얻는 것처럼, 사람이 활동하는데 필요한 에너지는 섭취한 음식물을 산화시킬 때 생성한다. 산화란 어떤 물질이 산소를 얻거나 수소를 잃어버리는 과정이다. 섭취한 음식물은 세포 안이나 밖에서 연소할 때 많은 에너지를 만들어 내는 연료로 쓰일 수 있다. 사람의 조직세포는 산소를 이용하여 영양소를 산화시켜 에너지를 만들어 낼 수 있다. 호흡을 통한 산소가 충분할 경우 세포호흡 과정을 통하여 화학적 에너지를 만들어 낸다. 세포 호흡은 유기물을 산화하여 화학적 에너지를 만들어 내는 과정이라 할 수 있으며, 생물체는 여기에서 만들어진 에너지를 다양한 생명 활동에 이용한다. 즉, 소화과정을 거쳐 최종적으로 흡수된 포도당은 세포 내에서 여러 단계의 반응을 거쳐 산소를 소모하여 이산화탄소와 물로 산화 분해되면서 에너지를 만들어 낸다. 이와 같은 반응들은 여러 가지 효소들의 작용으로 이루어지며, 이 과정에서 생성되는 에너지는 직접 이용하지 못하며 일단 ATP 형태로 저장된 후 이용된다. 인체는 다양한 형태로 섭취된 음식물을 분해하면서 몸에 적합한 구성 물질로 바꾸기도 하고, 생명 유지에 필요한 에너지를 만들어 내기도 한다. 이런 과정에서 체내에 생성된 불필요한 물질들은 간이나 콩팥을 통해 몸 밖으로 배출된다. 이처럼 체내에 필요한 물질이 새로 만들어지거나 분해되는 것은 체내에서의 끊임없는 화학반응의 결과 때문이다. 이러한 일련의 화학반응 과정을 물질대사 과정이라 한다. 물질대사가 일어나는 과정에서는 반드시 에너지가 만들어지거나 사용된다. 인체에서 일어나는 모든 화학적 반응 과정은 물질의 합성적인 변화를 일으키는 동화작용과 물질을 분해하는 이화작용의 두 가지로 구분할 수 있다. 이화작용은 탄수화물, 지방, 단백질과 같은 에너지가 많은 복잡한 분자들에서 단순 분자로 분해되는 과정을 말하며, 이 과정에서 운동 시 필요로 하는 에너지를 ATP의 형태로 생성하고 운동수행을 위해 이용된다. 반면에 동화작용은 이화작용의 반대되는 의미로 단순 분자로부터 복잡한 분자를 합성해 내는 것을 말한다. 예를 들면, 포도당으로부터 글리코겐을 합성하는 과정이라든지 아미노산으로부터 단백질을 합성하는 과정들을 의미하는데, 주로 운동 종료 후 휴식과 회복 과정에서 일어난다. 그리고 이러한 동화작용은 운동 시처럼 많은 양은 아니지만 에너지가 필요하기 때문에 이화작용과 결합하여 필요한 에너지를 공급받는다. 실제로 인체에서는 이화작용과 동화작용이 운동 시나 회복과정과 같은 서로 다른 상황에서도 인체의 요구에 따라 적절한 조화를 이루며 조절되고, 인체의 신진대사 변화를 나타낸다. 대사 작용은 균형과 효율성을 유지하면서 조절되고 있다. 대부분의 세포는 지방산의 분해와 합성을 촉진하는 효소를 가지고 있지만, 동화작용과 이화작용은 각각 따로 조절됨으로써 낭비를 방지하고 있다. 즉, 한쪽이 작동하는 경우에 다른 쪽은 억제가 되는 부적 피드백 방식으로 조절되고 있다. 또한 살아 있는 세포들은 수천 가지나 되는 서로 다른 당질, 지방, 단백질, 핵산 분자 등과 이러한 것들의 간단한 소단위들을 동시에 합성할 수 있다. 세포가 노출된 환경 속에서 필요로 하는 만큼만 정확한 비율로 합성할 수 있다. 대사 작용을 통해 생성된 에너지는 세포막을 통한 능동적 이동, 신경전도, 근수축, 효소, 호르몬 및 신체조직의 구성성분 등의 합성에 이용된다. 이러한 생명현상 및 신체활동에 사용되고 남은 에너지는 저장 에너지의 형태로 간, 근육, 지방조직에 저장되어 필요로 할 때 이용된다. 체내에서 유기물을 합성하거나 분해하는 데에는 반드시 에너지 전환이 이루어져야 하는데, 이런 과정을 에너지 대사라고 한다. 음식물 섭취를 통해 생성된 에너지는 생명 활동에 필요한 다양한 에너지의 형태로 전환되기 때문에 지속적인 생명 활동을 유지할 수 있다. 에너지는 핵에너지, 빛에너지, 화학에너지, 기계 에너지, 열에너지, 전기에너지 등의 여섯 가지 형태가 있다. 녹색식물의 엽록체에서는 태양의 빛에너지를 화학에너지를 생성하고, 이렇게 생성된 에너지는 다른 화합물을 합성하는 데 이용된다. 다시 이 합성 화합물이 분해될 때 화학적인 에너지가 발생하며, 이런 에너지는 일상생활 중에 다양한 신체활동에 필요한 기계적에너지, 신경 자극 전달을 위한 전기에너지, 시력조절과 관련돼 빛에너지, 체온을 유지하기 위한 열에너지의 형태로 전환되어 사용된다.