우리는 탄수화물에 대해 얼마나 알고 있는가?

탄수화물은 탄소, 수소, 산소로 구성된 물질로서 우리 몸에 에너지를 제공하는 당질과 생리적 역할을 하는 식이섬유를 포함하고 있습니다. 탄수화물의 구성단위는 단당류이며 단당류가 모여서 이당류, 올리고당류, 다당류를 이룹니다. 

 

탄수화물 종류

 

01. 단당류

 

식품에 가장 흔한 단당류는 탄소 6개로 구성된 6탄당으로 포도당, 과당, 갈락토오스가 있고, 탄소 5개로 구성된 5탄당에는 리보오스, 디옥시리보오스가 있습니다. 이들 단당류는 자연계에서 사슬 모양과 고리 모양의 두 가지 형태를 이루나, 생체 내에서는 주로 고리 모양으로 존재합니다.

 

6탄당의 경우는 분자식에서 분자량은 같지만, 산소와 수소의 위치에 차이가 있어서 모양이 약간 다르고 맛도 조금씩 다릅니다. 포도당의 경우 혈당의 급원으로서 과일, 꿀, 옥수수 시럽 등에 많이 함유되어 있고, 과당의 경우는 단맛이 가장 강하며, 꿀이나 잘 익은 과일에 주로 함유되어 있습니다. 갈락토오스는 유즙(모유, 우유 등)에 함유되어 있는 유당의 성분이며, 갈락토오스 자체로는 존재하지 않습니다.

 

5탄당 중 리보오스와 디옥시리보오스는 핵산의 구성분으로서 리보오스는 RNA를 구성하고 디옥시리보오스는 DNA를 구성합니다.

 

02. 이당류

 

이당류는 두 개의 단당류가 글리코사이드 결합에 의해 연결된 것으로서 맥아당, 서당, 유당이 있습니다. 맥아당은 두 개의 포도당이 결합한 물질이며 주로 전분이 가수분해 되어 생성되고 엿기름에 많습니다. 서당은 포도당과 과당이 결합한 물질로서 과즙에 많고 설탕 형태로 이용됩니다. 유즙에 함유되어 있는 유당은 다른 이당류와는 달리 포도당과 갈락토오스가 결합한 물질로서 과량 섭취했을 때, 또는 유당 분해 효소인 락타아제가 부족하거나 활성이 저하되었을 때 소화에 어려움이 있습니다.

 

03. 올리고당류

 

3~10개의 단당류로 구성된 올리고당류에는 콩이나 팥에 함유되어 있는 라피노오스와 스타키오스 등이 있습니다. 라피노오스는 갈락토오스-포도당-과당으로 연결된 3 당류이고, 스타키오스는 갈락토오스-갈락토오스-포도당-과당으로 연결된 4당류입니다. 이들 올리고당은 소장 내 소화효소에 의해 가수분해 되지 않으므로 에너지를 생성하지는 않고 대장에서 박테리아에 의해 분해되어 가스를 생성합니다.

 

프럭토올리고당, 갈락토올리고당, 자일로올리고당 등은 사람의 소화효소로는 대부분 분해되지 않고 대장 내 박테리아 중 비피더스균에 의해 발효됩니다. 따라서 비피더스균의 증식을 자극하고 활성화하여 변비를 방지하는 등, 장의 건강을 유지하는 기능이 있습니다. 비피더스균은 유산균의 한 종류로서 장 내 환경을 청결하게 유지해주는 유익한 미생물이며, 스트레스가 쌓이거나 질병이 있을 때 장내 유산균이 크게 감소합니다. 또한 이들 올리고당은 충치예방, 혈청 콜레스테롤 저하, 혈당치 개선 등의 생리기능이 있어서 기능성 올리고당이라고 하며 유아 식품이나 요구르트 등 기능성 식품에 첨가되고 있습니다.

 

04. 다당류

 

다당류는 포도당이 10개 이상부터 수천 개까지 연결된 포도당 중합체로서 복합당질이라고도 하며 전분, 글리코겐, 식이섬유가 있습니다.

 

식물의 뿌리나 열매에 저장되어 있는 전분은 생체의 주된 에너지 급원으로 포도당의 연결방식에 따라 아밀로오스와 아밀로펙틴으로 나누어집니다. 아밀로오스는 긴 사슬 모양을 이루고, 아밀로펙틴은 긴 사슬에 많은 가지를 친 모양을 이룹니다. 전분은 곡류, 감자류, 두류 등에 많은데, 아밀로오스와 아밀로펙틴의 함유비율이 보통 1:4 정도입니다.

 

글리코겐은 동물의 저장 다당류로서 동물성 전분으로 불리며 간과 근육에 저장되어 있습니다. 전분의 아밀로펙틴과 유사한 구조를 가지고 있지만, 아밀로펙틴보다 가지 부분이 많은 촘촘한 구조를 가집니다.

 

주로 식물의 세포벽에 존재하면서 식물의 형태를 유지시키는 식이섬유는 전분의 결합과는 달리 포도당이 연결되어 있어서 인체의 소화효소로는 소화되지 않습니다. 식이섬유는 펙틴, 검, 뮤실리지 등 수용성 식이섬유와 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스, 리그닌 등 불용성 식이섬유의 두 종류가 있습니다.

 

 

 

탄수화물의 체내 기능

 

 

01. 에너지 공급

 

신체는 음식물로부터 활동에 필요한 에너지를 지속적으로 공급받아야 하는데, 주된 에너지 공급원이 바로 탄수화물입니다. 탄수화물 1g은 체내에서 산화되어 4kcal를 제공하며, 소화 흡수율은 평균 98%로서 섭취한 탄수화물의 대부분이 흡수되어 체내에서 이용됩니다. 지질이나 단백질도 에너지를 공급하는 기능이 있으나 뇌, 적혈구, 신경세포는 포도당만을 에너지원으로 이용하므로 이들 세포의 기능유지를 위해 탄수화물 섭취는 필수적입니다. 그 외에 근육 등 다른 세포에서도 식후에 혈당치가 오르면 포도당을 에저지원으로 이용합니다.

 

02. 단백질 절약 작용

 

혈당이 낮아지고 탄수화물 섭취가 중단되었을 때에는 뇌, 적혈구, 신경세포 등의 주요 에너지원인 포도당을 공급하기 위해 혈당치를 올려야 합니다. 이때 단백질 등으로부터 포도당을 새로이 합성하는 포도당 신생합성이 이루어집니다. 주로 간과 신장에서 체조직 단백질은 아미노산으로 분해되고, 아미노산으로부터 포도당을 생성합니다. 따라서 탄수화물의 적절한 섭취를 통해 혈당이 유지되어 에너지 공급이 원활하면 체단백질의 분해는 억제되므로 단백질은 절약될 수 있습니다.

 

03. 케톤증 예방

 

탄수화물 섭취가 부족하거나 당뇨병과 같이 탄수화물의 체내 이용이 어려운 경우, 세포는 주로 체단백질이나 체지방을 분해하여 에너지원을 이용합니다. 특히, 체지방을 주된 에너지원으로 이용할 때 다량의 아세틸 Coa가 생성되고 탄수화물 섭취 부족으로 인해 옥살로아세트산이 상대적으로 부족하므로 TCA회로가 원활히 진행될 수 없습니다. 따라서 아세틸 CoA는 TCA 회로로 들어가는 대신, 축합 하여 아세토아세트산, 베타-하이드록시뷰티르산, 아세톤 등의 케톤체를 과량 생성합니다. 이로 인해 혈액의 케톤체 농도는 정상보다 높아져 혈액이 산성으로 기울어지는 산혈증(산독증)이 되어 호흡곤란, 대사이상 등의 증상을 보이다가 결국 혼수상태에 빠지게 됩니다. 

 

오랜 기아 시에도 혈당치는 낮아지고 체지방을 주된 에너지원으로 이용하므로 다량의 케톤체가 생성됩니다. 이때 뇌세포는 케톤체를 에너지원으로 이용하는데, 이는 뇌세포의 주된 에너지원인 혈당 공급을 위해 체단백질이 계속 분해되는 것을 어느 정도 막아주므로 기아에 대한 적응반응으로 볼 수 있습니다. 케톤증을 예방하기 위해서는 하루에 최소한 50~100g의 탄수화물 섭취가 필요합니다. 밥 1 공기(210g)에는 탄수화물이 69g 함유되어 있으므로 비교적 쉽게 섭취할 수 있습니다.

 

04. 단맛 제공

 

단맛의 강도는 당류의 종류에 따라 차이가 있습니다. 설탕의 단맛을 1.0으로 기준하여 다른 당류의 단맛의 강도를 알아보면 과당 1.7, 전화당 1.3, 포도당 0.7, 맥아당 0.4, 유당 0.2 정도입니다. 이들 당류는 식품제조나 조리에 감미료로서 첨가될 수 있어서 단맛을 제공할 뿐만 아니라 식품의 물리적 성질의 향상을 위해서도 널리 이용되어 식품의 수용도를 높여줍니다.