ATP와 그 중요성

 

​

근육, 사실상 몸의 모든 세포에 모든 것을 유지시키는 에너지 근원을 ATP라고 합니다. 아데노신 3인산(ATP: Adenosine triphosphate)은 에너지를 저장하고 사용하는 생화학적 방법입니다.

​

ATP가 에너지로 변환되는 모든 과정은 약간 복잡한데, 아래와 같이 요약할 수 있습니다.

☞ 화학적으로, ATP는 3개의 인산염에 결합된 아데닌(핵산의 일부를 구성하는 염기(塩基)) 뉴클레오티드(핵산의 구성 성분)입니다.

☞ 2인산염과 3인산염 그룹 사이에는 생화학 반응의 연료로 사용할 수 있는 많은 에너지가 저장되어 있습니다.

☞ 세포가 에너지를 필요로 할 때, 아데노신 2인산염(ADP: adenosine diphosphate)과 자유 인산염 분자의 결합을 끊습니다.

☞ 경우에 따라서, 2인산염 그룹은 아데노신 1인산염(AMP: adenosine monophosphate)을 형성하기 위해 결합이 끊길 수 있습니다.

☞ 세포가 과잉 에너지를 가질 때, ADP와 인산염으로부터 ATP를 형성해 에너지를 저장합니다.

☞ 근육 수축과 관련된 생화학 반응에는 ATP가 필요합니다. 근육의 활동이 증가함에 따라, APT는 근육의 움직임을 유지하기 위해 소비되고 또 재생성되어야 합니다.

​

ATP는 아주 중요하기 때문에, 몸에는 ATP를 만드는 몇몇 다른 시스템이 있습니다. 이 시스템은 단계적으로 함께 작동합니다. 흥미로운 것은 서로 다른 종류의 운동은 각기 다른 시스템을 사용한다는 것입니다. 단거리 선수는 마라톤 선수와는 완전히 다른 방식으로 ATP를 얻습니다.

​

ATP는 근육의 세 가지 다른 생물학적 시스템에서 다음 순서 데로 옵니다:

1. 포스파겐 시스템 (Phosphagen System)

2. 글리코겐 젖산 시스템(Glycogen-lactic acid system)

3. 유기 호흡 (有氣呼吸 Aerobic respiration)

​

이제 각각에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

​

​

Phosphagen System(포스파겐 체계)

근육세포에는 즉시 사용 가능한 ATP를 어느 정도 가지고 있습니다. 하지만 많은 양은 아닙니다(약 3초간 사용 가능한 양이다). ATP 레벨을 빠르게 보충하기 위해 근육 세포는 크레아틴 인산염이라고 불리는 고-에너지 인산염을 가지고 있습니다.

 

 

인산염 그룹은 크레아틴 키니아제(creatine kinase)라고 불리는 효소에 의해 크레아틴 인산염으로부터 제거되고, ADT로 옮겨 ATP를 형상합니다.

세포는 ATP를 ADP로 전환하고, 포스파겐은 ADP를 ATP로 급속하게 전환합니다. 근육이 계속 움직일 때 크레아틴 인산염 레벨은 줄어들기 시작합니다. ATP 레벨과 크레아틴 인산염 레벨을 함께 포스파겐 체계라고 부릅니다. 포스파겐 체계는 근육이 강한 힘을 발휘하는데 필요한 에너지를 8~10초간 공급할 수 있습니다.

​

​

Glycogen Lactic Acid System(글리코겐 젖산 체계)

근육은 또한 글리코겐(glycogen)이라고 불리는 다량의 여분 복합 탄수화물을 가지고 있습니다. 글리코겐은 포도당(glucose) 분자의 사슬입니다. 세포는 글리코겐을 포도당으로 나눕니다. 그런 후 세포는 포도당에서 ATP를 만들기 위해 무산소(anaerobic "산소가 없는") 대사작용을 사용합니다. 이 과정에서 전산이라는 부산물이 생성됩니다.

 

이 체계에서는 대략 12가지 화학 반응이 ATP를 만드는 과정 하에 일어나기 때문에 포스파겐 체계보다 더 느리게 ATP를 공급합니다. 글리코겐 젖산 체계는 빠르게 동작할 수 있고 약 90초간 지속될 수 있는 충분한 양의 ATP를 생성할 수 있습니다. 이 체계는 산소를 필요로 하지 않으므로, 심장과 폐가 함께 작동하는데 유용합니다. 또한 빠르게 수축하는 근육이 혈관을 쥐어짜 산소가 많은 혈액에서 산소 부족이 나타날 때 유용합니다.

무산소 호흡은 젖산 때문에 한계가 있습니다. 산(Acid)은 근육에 손상을 줍니다. 젖산은 근육 조직 내에서 만들어지기 때문에 운동한 근육에 피로와 통증을 일으키는 원인이 됩니다.

​

​

Aerobic Respiration(유산소 호흡)

2분간의 운동에서, 신체는 산소를 움직이는 근육에 공급하기 위해 반응합니다. 산소가 공급될 때, 포도당은 이산화탄소와 물로 완전히 분해하는데 이 과정을 유산소 호흡이라고 합니다.

 

포도당은 3가지 다른 방법으로 얻을 수 있습니다:

1. 근육에 있는 잔여 글리코겐에서 공급되는 포도당.

2. 근육이 움직이는 동안 혈류를 통해 간의 글리코겐에서 나오는 포도당.

3. 근육이 움직이는 동안 혈류를 통해 장의 음식으로부터 얻어지는 포도당 흡수.

​

유산소 호흡은 또한 근육과 몸에 있는 여분의 지방에서 ATP를 생성하기 위해 지방산을 사용할 수 있습니다. 극단적인 경우(기아 상태), 단백질이 아미노산으로 분해되어 ATP를 생성하기 위해 사용됩니다. 유기호흡은 탄수화물을 먼저 사용하고, 그다음 지방을 그리고 필요하다면 마지막으로 단백질까지 사용하도록 합니다.

유산소 호흡은 ATP를 생성하기 위해 위에서 설명한 체계 중 가장 많은 화학 반응을 일으킵니다. 유기호흡은 3가지 체계 중 가능 느리게 ATP를 생성하지만 ATP를 몇 시간 혹은 연료가 공급되는 동안 지속적으로 공급할 수 있습니다.

​

​

요약

달리기를 하는 동안 신체에는 다음과 같은 일이 일어납니다:

1. 근육이 움직이면 약 3초 안에 근육세포의 ATP가 고갈됩니다.

2. 이후 포스파겐 체계에 돌입하여 8~10초간 에너지를 공급합니다. 이것이 급속한 가속이나 짧은 구간의 운동을 하는 단거리 주자나 웨이트 리프터가 사용하는 주요 에너지 체계입니다.

3. 만약 운동이 오래 지속되면, 글리코겐 젖산 체계가 작동합니다. 이것은 200~400미터의 단거리 질주나 100미터 수영 같은 단거리 운동에 사용됩니다.

4. 마지막으로 운동이 계속 지속된다면, 유산소 호흡이 이어집니다. 이는 800미터 질주, 마라톤, 장거리 스케이트와 같은 지구력이 필요한 운동에서 사용됩니다.

인체의 몸이 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보면, 이는 정말 놀라운 체계라는 것을 알 수 있습니다.

​

참고문헌:

How Stuff Works "ATP Is Energy". 2000

Bodies Of Stone "The Body Machine". 2000