에너지 = 탄수화물, 단백질, 지방!

식품 속에 함유된 에너지를 측정하는 방법으로 폭발열량계가 가장 많이 이용된다. 밀폐된 내부 시료통에 측정하고자 하는 시료를 넣고 연소시키면 열이 발생하면서 시료통 주변의 물 온도가 상승하게 되고 상승정도를 연소 에너지로 환산하는 방식이다. 따라서 에너지 단위인 1kcal 는 '물 1kg을 14.5도에서 15.5도로 1도 올리는 데 소요되는 열량'으로 결정한다.

최근에는 국제단위로 인정받는 줄(joule)을 에너지 단위로 적용하기도 하는데, 1kcal를 4.184kjoule로 환산하면 된다. 식품에 함유된 열량성분들의 측정된 산화에너지는 탄수화물 4.15kcal/g, 지질 9.45kacl/g, 단백질 5.65kcal/g, 그리고 알코올 7.1kcal/g 실제로 우리가 알고 있는 식품들의 열량가와 조금 다르다. 이것은 식품으로 섭취하여도 100% 소화, 흡수되는 것이 아니라 일부는 대변으로 배설되고 특히, 단백질의 경우 폭발열량계에서 연소되었던 질소기를 생체 내에서는 연소시킬 수 없기 때문에 수치적으로 더 큰 차이가 발생하게 된다. 알코올의 경우 0.1kcal/g는 휘발되어 사라진 분량이다.

식품에 포함되어 있는 이들 성분이 체내에서 대사될 때 생성되는 에너지, 즉 생리적 에너지는 탄수화물 4kcal/g, 지방 9kcal/g, 단백질 4kcal/g, 그리고 알코올 7kcal/g으로, 물리적 에너지 함량에 평균 소화율(배설율)을 적용하여 산출한다. 생리적 에너지는 애트워터(Atwater)계수로도 알려져 있다. 

 

1) 탄수화물

탄수화물 급원식품 중 에너지를 주로 생성하는 식품으로 곡식, 과일, 채소 및 시럽, 흑설탕등과 같은 당류가 있다. 일반적으로 단순당질과 복합당질로 나뉘며 단순당질에는 주로 단당류와 이당류가 속하고, 복합당질에는 다당류인 전분, 식이섬유, 글리코겐 등이 해당된다. 

한국 성인의 경우 총 에너지의 55~65%는 주로 탄수화물에서 섭취하고 있으며, 최근에는 만성질병의 위험을 감소시키기 위해 식이섬유소를 1일 20~25g 정도 섭취하도록 충분섭취량을 책정하였다. 2016 보건복지부에서 발표한 [국민 공통 식생활 지침]에서는 최근 가공식품과 음료를 통해 첨가당 섭취가 증가되고 있는 것을 고려하여 첨가당을 총 에너지 섭취량의 10%이내로 제안하였다.

우리가 흡수하는 탄수화물은 주로 포도당 형태이고 일부 단당류로 흡수되어 들어오는 갈락토오스나 과당 등도 간으로 운반된 후 포도당으로 전환되어 대사되므로 체내 탄수화물 흡수와 에너지 대사의 시작은 포도당 대사로 이루어졌다.

 

2) 지질

각종 종실류, 견과류의 .식물성기름과 육류의 동물성지방 등이 우리가 주로 섭취하는 지질 식품들이다. 이들 지질들은 체내에서 중성지방, 인지질, 콜레스테롤 등으로 존재하지만 운동 중 에너지 소비에 기여하는 것은 주로 저장된 중성지방의 분해 산물이다. 식이 섭취된 지질은 소화 흡수되어 혈액으로 순환되어 들어오는데 3~4시간 이상 소요되므로 탄수화물에 비해 운동 중 직접적 에너지 보충을 위해 섭취하기에 적합한 열량영양소는 아니다.

체내에 저장된 지방은 신체의 가장 풍부한 잠재적 에너지 형태로 저장량이 한정된 탄수화물이나 단백질에 비해 거의 무한한 에너지량을 저장 공급한다. 식품으로 섭취된 지방은 물론 과잉으로 섭취된 탄수화물과 단백질도 중성지방으로 전환되어 체내 저장될 수 있다.

지방으로부터 에너지가 방출되기 전에 이루어지는 가수분해(지방분해, lipolysis)는 트리아실 글리세롤 분자(중성지방, TG)를 글리세롤과 지방산으로 분리하면서 시작된다. 호르몬 민감성 리파아제 효소는  중성 지방분해를 촉진한다.

 

3) 단백질

단백질의 주료 급원식품은 육류, 가금류, 계란, 유제품, 콩류, 견과류 등이고, 그 외 곡류 등에도 일부 함유되어 있다. 체조직 단백질의 대부분을 차지하는 근육은 자연계에 존재하는 모든 아미노산 종류를 포함하고 있으며 따라서 인체는 체내에서 합성하지 못하는 아미노산들은 필수적으로 섭취하여야 한다.

섭취하는 단백질 중에서 필수아미노산 구성 종류와 함량을 고려해야 하는 가장 중요한 이유이기도 하다. 특히 근육구조의 20% 정도를 차지하는 분지아미노산이 풍부한 육류와 유제품의 섭취가 중요하다. 식품으로 섭취되는 단백질은 주로 체구성 조직의 구성과 보수 교체를 위해 필요하며 에너지원으로 활용하기 위해 섭취하지는 않는다. 체조직 교체의 목적 이외에 단백질이 분해 될 때는 아미노산을 에너지원으로 활용하기 위해 발생하는 과정으로 이 때 신체는 단백질 조직을 잃게 된다.

공복 시에 장시간 고강도 운동하는 경우 또는 스트레스성 호르몬인 코티졸의 분비로 당신생이 활발해진 경우 등에 근육분해가 발생한다. 분해된 아미노산은 에너지원으로 활용되거나 포도당 신생과정으로 유입되고 일부 아미노산은 케톤 생성과정을 통해 케톤체 형성에 사용된다.

단백질은 아미노산 탄소골격인 a-케토산 형태로 에너지 방출 경로로 들어가기 위해 미토콘드리아 기질 공간에서 아미노전이반응과 탈아미노반응을 거친다. 근육 형성 아미노산 중 분지아미노산, 아스파라긴, 아스파라트산, 글루탐산만이 에너지 산화에 활용될 수 있으며, 그 밖의 아미노산들은 아미노기 전이과정을 통해 글루탐산, 아스파르트산 등으로 먼저 전환되어야 한다.

대부분의 아미노산은 아미노전이반응을 통해 글루탐산이나 아스파르트산을 형성하고 탈아미노반응을 거쳐 시트르산 회로로 유입되어 산화된다. 탈아미노반응을 통해 제거된 질소기(아미노기, -NK2)는 독성물질인 유리암모니아를 형성하므로 제거를 위해 피루브산에 전달되고 알라닌을 형성한 후 간으로 보내져 요소형태로 요로 배출된다.