생체에너지학

인체에서는 매분마다 수천 개의 화학작용이 일어나는데 이러한 반응작용을 대사작용(metabolism)이라고 한다. 화학적 반응을 포함하는 대사작용에는 분자를 합성하는 동화작용(anabolic reaction)과 분자들을 분해하는 이화작용(catabolic reaction)이 있다.

모든 세포들은 에너지가 필요하다. 우리가 흔이 아는 탄단지라고 불리는 탄소화물, 단백질, 지방 등과 같은 음식물을 분해시켜 생물학적으로 이용 가능한 에너지 형태로 전환하는 화학적 경로를 가지고 있다. 이러한 과정을 연구하는 것을 생체에너지학(bioenergetic)이라고 부른다. 사람이 뛰고, 달리고, 수영하기 위해서는 골격근 세포들이 음식 영양분에서 에너지를 끊임없이 공급받아야 한다. 실제적으로 음식물에 포함되어 있는 에너지를 생물학적 에너지로 전환시키지 못한다면 지구력 활동의 운동수행은 제한적일 것이다. 이에 대한 사례로는 다음을 설명할 수 있다. 근수축을 지속적으로 유지하려면 근세포들은 지속적인 에너지원을 가지고 있어야 하는데, 이와 같은 에너지원이 충분하지 않으면 근육수축이 불가능하여 움직임이 중단된다. 그래서 운동생리학을 전공하는 사람들은 운동 중 필요한 세포에너지 생산의 중요성을 인식해야 하며, 전반적인 생체에너지학에 대한 이해가 필요하다.

 

<세포구조>

세포는 17세기 영국인 과학자 로버트 훅(Robert Hooke)에 의해서 발견되었다. 지난 300년에 걸친 현미경의 발달은 세포구조와 기능을 이해하는 데 많은 도움을 주었으며 생체에너지학을 이해하기 위해서 세포의 구조와 기능을 올바르게 인식하는 것이 매우 중요하다. 인체의 95%를 구성하는 기본적인 화학적 물질 네 가지는 산소(65%), 탄소(18%), 수소(10%), 질소(3%)이다. 추가적인 요소들로는 철, 칼륨, 아연, 나트륨, 마그네슘, 칼슘, 염소 등의 양은 매우 적으며 이와 같이 다양한 요소들은 분자 또는 화합물을 형성하기 위해 화학적 결합으로 서로 연결되어 있다. 탄소를 함유하는 화합물은 유기(organic)화합물이라 하며, 탄소를 함유하지 않은 화합물은 무기(inorganic)화합물이라고 한다. 물은(H2O) 탄소가 결여되어 있기 때문에 무기 화합물이고, 반면 단백질, 지방, 탄수화물은 탄소를 하뮤하고 있기 때문에 유기화합물이라고 부른다. 인체의 근본적인 기능적 단위인 세포는 많은 양의 화합물을 합성할 수 있는 공장을 갖고 있어 정상적인 세포기능을 수행한다. 근육세포는 보통 근섬유로 칭한다. 모든 세포들은 정확하게 같은 기능을 수행하지는 않으며, 서로 똑같지 않다는 점을 꼭 인지해야 한다. 그렇지만 일반적으로 세포구조는 세 가지 주요 부분으로 나눌 수 있다.

 

1. 세포막

원형질막이라 불리는 세포막(cell membrane)은 외부환경에서부터 세포를 구분하는 반투과성 장벽이다. 세포막의 가장 중요한 두 가지 기능은 세포의 구성요소를 둘러싸는 것과 세포 내/외부로 다양한 기지롱과를 조절하는 것이다.

 

2. 핵

핵(nucleus)은 크고 둥근 모양으로 세포 내에 위치하고 있으며, 세포의 유전적 요소(유전자, gene)를 갖고 있다. 유전자들은 이중가닥(DNA: deoxyribonucleic acid) 요소로 구성되어 있으며 이는 유전부호를 위한 기본이 된다. 말하자면 즉 유전자는 단백질 합성을 조절하여 세포 구성성분과 세포활동을 조절한다. 분자생물학(molecular biology)은 유전자들의 구성성분과 조절작용을 연구하는 분야이다. 대다수의 세포는 오직 하나의 핵만 가지고 있지만 골격근세포는 근섬유를 따라서 많은 핵을 가지고 있다는 것을 명확히 인지해야 한다.

 

3. 세포질

근세포에서는 근형질(sarcoplasm)이라 칭한다. 세포질(cytoplasm)은 핵과 세포막 사이에 있는 세포의 액체 부분으로 세포질 내에는 여러 가지 세포기관이 있는데 이들은 세포의 특별한 기능과 관계가 있다. 미토콘드리아(mitochondrion)과 같은 세포기관은 세포의 발전소라고 불리며, 음식물을 유용한 세포에너지로 이용하기 위해 산화적 과정에 관계한다. 골격근 생체에너지학에서 미토콘드리아는 가장 중요한 역할을 한다. 세포질에는 해당작용을 위해 포도당 분해를 조절하는 효소가 있다. 또한, 근육세포에서 수축 단백질(근원 섬유 단백질)은 세포질의 많은 부분을 차지한다.