탄수화물 대사 경로 총정리: 입에서 미토콘드리아까지 에너지 여정

우리가 먹는 밥, 빵, 국수 같은 탄수화물은 복잡한 대사 경로를 거쳐 에너지원인 ATP로 전환됩니다. 이 여정은 단순히 맛있는 한 끼의 끝이 아니라, 각 세포 속 생화학적 공정이 유기적으로 연결된 긴 여정이기도 합니다. 탄수화물 대사 경로를 이해하면 영양소 활용 원리를 파악할 뿐 아니라, 운동·체중 관리·질환 예방에도 큰 도움이 됩니다. 이번 글에서는 소화·흡수에서부터 해당과정, TCA 회로, 보조 경로까지 탄수화물이 이동하는 주요 단계와 핵심 효소, 그리고 에너지 생산 과정을 전문가 관점에서 알차게 정리합니다.

 

탄수화물 대사증후군 완전 해부: 원인부터 예방법까지

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목차

1. 장내 소화 및 포도당 흡수와 운반
2. 해당과정(글리콜리시스): 세포질에서의 10단계
3. 피루브산 전환 및 미토콘드리아 진입
4. TCA 회로(시트르산 회로)와 전자전달계
5. 보조 경로: 오탄당 인산 경로와 글리코젠 대사

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1. 장내 소화 및 포도당 흡수와 운반

탄수화물 대사는 소화기관에서 시작됩니다.

• 타액 α-아밀라아제: 입에서 녹말을 말토오스·말토트리오스로 분해
• 소장 브러시 보더 효소: 매듭다당분해효소(말타아제·이소말타아제), 락타아제, 수크라아제 등이 이당류를 단당류로 분해
• 단당류 흡수: 포도당·갈락토스는 SGLT1(능동수송), 과당은 GLUT5(수동수송) 통해 상피세포 진입 후 GLUT2로 문맥혈 진출
• 간·근육 운반: 문맥혈을 통해 간문맥으로 이동하며, 필요 시 GLucose Transporter(GLUT) 단백질로 각 조직으로 운반

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2. 해당과정(글리콜리시스): 세포질에서의 10단계

해당과정은 포도당이 피루브산으로 전환되는 핵심 경로입니다.

• 투자 단계(2ATP 소비):
  1. 글루코스 → 글루코스-6-인산 (헥소키나아제)
  2. 프럭토스-6-인산 → 프럭토스-1,6-비스포스페이트 (PFK-1)
• 분할 및 회수 단계:
  • 6탄당이 3탄당 2분자로 분할
  • 4ATP 생성(2곳×2) 및 2NADH 생성
• 결과: 1분자 포도당당 2ATP, 2NADH, 2피루브산 생산

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3. 피루브산 전환 및 미토콘드리아 진입

세포질에서 생성된 피루브산은 미토콘드리아 기질로 들어가 다음과 같이 변환됩니다.

• 피루브산 탈수소효소 복합체(PDH): 피루브산 + NAD⁺ → 아세틸-CoA + CO₂ + NADH
• 미토콘드리아 막 통과는 피루브산 운반체와 PDH 효소가 함께 조절
• 에너지 이익: PDH 경로당 생성된 NADH는 전자전달계에서 약 2.5ATP 환산

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4. TCA 회로(시트르산 회로)와 전자전달계

미토콘드리아에서 아세틸-CoA는 TCA 회로를 돌며 에너지를 추출합니다.

• TCA 회로 결과(1회전): 3NADH, 1FADH₂, 1GTP, 2CO₂
• 전자전달계: NADH·FADH₂의 전자 전달로 프로톤 기울기 형성 → ATP 합성효소 통해 26~28ATP 생성
• 총합: 글리콜리시스 + PDH + TCA + 전자전달계 합산 시 포도당 1분자당 약 30~32ATP 생산

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5. 보조 경로: 오탄당 인산 경로와 글리코젠 대사

탄수화물 대사는 주요 경로 외에도 보조 대사로 다양하게 분기됩니다.

• 오탄당 인산 경로(PPP): NADPH와 리보오스-5-인산(핵산 합성 전구체) 생성
• 글리코젠 합성/분해: 간·근육에 글리코젠 형태로 저장 후 필요 시 포도당으로 전환
• 기능: 항산화 방어(NADPH), 세포 성장·증식(핵산 합성), 혈당 안정화(글리코젠)

 

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