근육 대사과정

왜 배우는가: 근육은 수축할 때마다 ATP 로 에너지를 쓰므로, 어떤 경로로 ATP 를 얼마나 만드는지가 작업의 지속 시간과 피로를 결정한다. 산소 공급 여부에 따라 대사 경로가 갈리므로 중량물 작업과 반복 작업의 피로를 설명하는 출발점이 된다. 여러 회차에 걸쳐 반복 출제된 용어와 반응식 문제이므로 구분 기준과 반응식을 함께 익혀야 한다.

출제 이력: 제124회 1교시 8번, 제118회 1교시 12번, 제100회 4교시 4번, 제94회 1교시 8번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

근육 대사과정은 근육 속 포도당을 분해해 ATP 를 만드는 과정으로, 산소 이용 여부에 따라 유기성 대사와 무기성 대사로 나뉜다.

근육이 힘을 내려면 쓸 수 있는 에너지 화합물이 끊임없이 필요하다. 근육 세포는 글리코겐과 포도당을 연료로 삼아 ATP 를 다시 만들며, 이 연결 고리를 근육 대사과정이라 부른다. 답안의 첫 줄에는 위 정의를 두고, 아래 키워드를 설명 속에서 이어 쓴다.

• 글리코겐: 근육 속에 저장된 탄수화물 형태로, 필요할 때 포도당으로 분해된다.
• 포도당: 글리코겐이나 혈당에서 공급되는 기본 연료이며 대사의 출발 물질이다.
• ATP: 근수축에 직접 쓰이는 에너지 화합물로, 세포 안의 에너지 화폐 역할을 한다.
• 유기성 대사: 산소를 이용해 포도당을 이산화탄소와 물까지 완전히 분해하는 경로다.
• 무기성 대사: 산소 없이 포도당을 부분 분해하여 ATP 를 얻는 경로다.
• 젖산: 무기성 대사의 최종 산물로, 근육과 혈액에 쌓이면 일시적 피로를 일으킨다.

글리코겐은 저장 형태라서 근수축이 빠르게 필요할 때 포도당으로 바뀌어 쓰인다. 지방도 유기성 대사에서 쓰이는 연료이지만, 같은 시간 안에 ATP 를 얻는 속도는 탄수화물보다 느리다. 그래서 짧은 시간의 강한 힘은 탄수화물 계열이 주로 맡고, 긴 시간의 약한 힘은 지방까지 포함한 유기성 대사가 맡는다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 풀면, 근육은 수축과 이완을 되풀이하며 일하고 그때마다 에너지를 쓴다. 근육이 쓰는 에너지는 ATP 가 ADP 와 인산으로 나뉠 때 나온다. 근육 안에 저장된 ATP 는 짧은 순간의 분량뿐이어서, 일하는 동안 계속 새로 만들어야 한다. 그 재료가 근육 속 글리코겐과 포도당이다.

정식 정의로 쓰면, 근육 대사과정은 근육 세포 안에서 글리코겐과 포도당이 산소 공급 조건에 따라 서로 다른 화학 경로로 분해되어 ATP 를 재합성하는 일련의 반응이다. 이 과정은 산소를 쓰는 유기성 대사와 산소를 쓰지 않는 무기성 대사로 크게 나뉜다.

두 대사의 출발은 같다. 해당과정(Glycolysis)은 포도당 한 분자를 피루브산 두 분자로 나누는 단계로, 세포질에서 일어나며 산소를 쓰지 않는다. 이 단계에서 ATP 가 조금 생기고, 이후의 길은 산소 공급에 따라 갈린다.

산소가 충분하면 피루브산은 미토콘드리아로 들어가 TCA 회로를 거치며 이산화탄소를 내놓고 전자를 모은다. 모인 전자는 전자전달계에서 산소와 만나 물을 만들며, 그때 ATP 가 대량으로 합성된다. 이것이 유기성 대사다. 포도당 한 분자당 생성되는 ATP 는 약 36~38개로 알려져 있다.

산소가 부족하면 피루브산은 미토콘드리아에 들어가지 못하고 젖산으로 환원되어 세포질에 남는다. 이 경로는 빨리 ATP 를 얻을 수 있지만 얻는 양이 적다. 해당과정에서 순 생성되는 ATP 는 포도당 한 분자당 2개에 그친다. 그래서 짧고 강한 힘은 무기성 대사가, 길고 약한 힘은 유기성 대사가 주로 뒷받침한다.

근육은 세 가지 에너지 공급 계를 겹쳐 쓴다. 가장 빠른 계는 크레아틴인산이 ADP 에 인산을 돌려주어 ATP 를 즉시 보충하는 계이고, 그다음이 무기성 해당과정이며, 긴 시간의 작업은 유기성 대사가 맡는다. 세 계의 비중은 작업 강도와 지속 시간에 따라 달라지므로, 대사과정을 설명할 때는 이 전환을 함께 말하는 것이 좋다.

젖산은 무기성 대사의 결과물이지만 근육 안에서 곧바로 독성 물질이 되는 것은 아니다. 젖산은 다시 피루브산이나 포도당으로 되돌아가 재활용되기도 한다. 피로를 일으키는 실제 원인은 젖산 자체보다, 젖산과 함께 늘어난 수소 이온이 근육의 pH 를 낮추는 현상이다. 이 구분을 해야 피로 설명에서 감점을 줄일 수 있다.