탄수화물의 소화, 흡수, 운반 과정의 이해

우리가 일상식에서 섭취하는 탄수화물은 주식인 밥/빵/면류 등에 많은 전분, 채소/과일/전곡에 많은 식이섬유, 엿기름이나 식혜 등의 맥아당, 설탕의 서당, 유즙의 유당 등입니다. 식이섬유를 제외한 나머지는 각 소화기관을 거치면서 당질 소화효소에 의해 소화된 후 흡수되기 쉬운 단당류가 되고, 식이섬유는 소화되지 않은 채 장내에 남아서 중요한 생리기능을 합니다.

 

탄수화물의 소화

 

 

01. 구강에서의 소화

 

식품의 맛과 향으로 타액분비가 촉진되고 치아의 저작 작용으로 음식물이 잘게 부수어지면서 타액과 잘 혼합됩니다. 타액에는 타액 아밀라아제라는 전분 분해효소가 있어서 전분의 결합을 전단하여 전분을 덱스트린이나 맥아당으로 분해할 수 있습니다. 저작 시간이 길어지면 전분은 맥아당으로까지 분해되나, 입안에서의 음식물은 저작 시간이 짧고 저작된 후 곧 삼켜지므로 이러한 효소의 작용은 크지 않습니다.

 

02. 위에서의 소화

 

음식물은 식도를 따라 이동하여 식도 하부의 분문 괄약근을 통과하면 위로 들어오게 됩니다. 위 근육의 수축작용과 위의 강산은 음식물을 반 액체 상태인 유미즙으로 만들어 소장에서의 효소작용이 효과적으로 이루어지도록 합니다. 위에는 당질 분해효소가 없지만 음식물이 위액과 완전히 혼합되는데 약 15~20분이 걸리므로 이 시간 동안 음식물에 섞인 타액 아밀라아제가 작용할 수 있으나 위산으로 인해 곧 활성을 잃습니다.

 

03. 소장에서의 소화

 

위에서 형성된 유미즙이 유문 괄약근으로부터 천천히 소량씩 십이지장으로 내려오면 세크레틴과 콜레시스토키닌이 알칼리성의 췌액과 담즙분비를 촉진하여 유미즙을 중화함으로써 십이지장 벽을 산으로부터 보호하고, 췌장 효소들의 활성에 알맞게 만듭니다. 췌장 아밀라아제는 전분의 결합을 절단하여 더욱 작은 입자인 맥아당, 이소맥아당으로 까지 분해합니다. 설탕의 서당, 유즙의 유당, 엿기름이나 식혜의 맥아당과 함께 전분의 소화 산물인 맥아당, 이소맥아당은 장점막의 미세 융모에 있는 이당류 분해효소인 말타아제, 이소말타아제, 수크라아제, 락타아제에 의해 포도당, 과당, 갈락토오스의 단당류로 분해되어 당질의 소화를 완료합니다. 

 

04. 대장에서의 소화

 

소장에서 소화되지 못한 식이섬유는 대장에서 박테리아에 의해 분해되어 젖산, 초산, 프로피온산, 뷰티르산 등의 유기산과 가스를 생성합니다. 불용성 식이섬유와 기타 소화 흡수되지 못한 물질들은 직장으로 이동하여 배변으로 배설됩니다.

 

 

탄수화물의 흡수와 운반

 

 

01. 흡수

 

당질 소화가 완료되어 나온 포도당, 과당, 갈락토오스는 장점막 세포막을 통과하여 세포 안으로 이동하는데, 이를 흡수라고 합니다. 흡수는 단순 확산, 촉진 확산, 능동 수송에 의해 이루어집니다. 소장 관강에 소화 산물로서 단당류가 농축되어 있을 경우에는 상당량이 농도 차에 의존하는 단순 확산에 의해 흡수되지만, 일반적으로 포도당과 갈락토오스는 능동 수송으로 흡수됩니다. 능동 수송은 에너지를 소모하는 나트륨-칼륨 펌프에 의해 이루어집니다. 과당의 흡수에도 운반체가 필요하나 농도 차에 의존하므로 촉진 확산에 의합니다. 포도당의 흡수 속도를 기준으로 하여 다른 단당류의 흡수 속도를 비교하면 갈락토오스 110 > 포도당 100 > 과당 43입니다.

 

능동 수송과 이를 이루는 나트륨-칼륨 펌프에 대해 좀 더 자세히 알아보겠습니다. Na는 세포 외액에, K은 세포 내액에 높은 농도로 존재하는 무기질입니다. 따라서 이들은 확산에 의해 세포막 내외의 농도가 같아질 때까지, 즉 Na은 세포 외에서 세포 내로, K은 세포 내에서 세포 외로 끊임없이 이동하려고 합니다. 그러나 세포 내외 액의 Na, K농도는 항상 일정하게 유지되어야 하므로 확산으로 이동한 Narhk K을 본래의 농도로 다시 이동시키려는 기전이 작용하는데 이를 나트륨-칼륨 펌프라고 합니다. 이를 위해서 에너지, 운반체, 효소 등이 필요합니다. 이와 같이 나트륨을 세포 내에서 세포 외로 내보내는 나트륨-칼륨 펌프에 의해 세포 내외의 나트륨의 농도 경사가 형성되고, 이 농도 차에 힘입어 포도당과 갈락토오스는 나트륨과 함께 운반체에 결합하여 소장 내강으로부터 소장 점막 세포 내로 운반된 후 운반체로부터 떨어져 나와 모세혈관으로 흡수됩니다. 이러한 흡수 기전을 능동 수송이라고 합니다.

 

02. 운반

 

소장 융모의 상피 세포막을 통과함으로써 흡수된 단당류는 상피세포 안쪽의 기저막을 통과한 후 모세혈관으로 들어가 문맥을 통해 간으로 운반됩니다. 

 

 

탄수화물의 대사

 

소화 흡수된 단당류가 문맥을 따라 간으로 운반되면 과당과 갈락토오스는 간에서 효소에 의해 포도당으로 전환되어 대사 됩니다. 따라서 탄수화물 대사는 포도당 대사라고 할 수 있습니다. 혈당은 포도당이며, 세포는 혈액으로부터 포도당을 받아서 대사에 이용합니다.

 

포도당 대사과정은 혈액을 따라 운반되어 온 포도당은 세포 내로 들어온 후 이화대사나 동화대사 과정을 거칩니다. 이화대사는 포도당을 분해하여 에너지를 생성하는 과정으로서 해당 과정과 TCA 회로가 있고, 동화대사에는 글리코겐 합성과 포도당 신생합성이 있으며, 그 외 포도당은 오탄당 인산회로, 체지방합성, 코리회로 등의 과정을 거칩니다.

 

과당과 갈락토오스는 포도당 대사과정을 공유합니다. 과당은 과당 1-인산을 거쳐 곧 해당 과정의 중간 생성물인 과당 6-인산이 되어 피루브산을 거쳐 아세틸 CoA로 전환됩니다. 갈락토오스는 포도당 1-인산을 거쳐 포도당 6-인산이 되어 역시 해당 과정으로 들어가 대사 됩니다. 

 

여기서 해당 과정이란 산소가 없어도 진행되는 혐기적 반응으로서 세포질에서 이루어집니다. 1 분자의 포도당(6탄당)은 10단계로 이루어진 해당 과정을 거쳐 2 분자의 피루브산(3탄소 유기산)으로 분해됩니다.