탄수화물의 정의와 기능

1. 탄수화물의 정의
탄수화물은 우리 몸에서 꼭 필요로 하는 영양소 중 하나이다. 탄수화물로부터 포도당이라고 하는 가장 기초적인 영양소를 얻으며 기초적인 에너지원으로 사용한다. 
우리는 다양한 식품을 섭취하여 탄수화물을 얻는데, 쌀이나 고구마, 감자, 빵, 떡뿐만 아니라 곡류, 감자와 고구마류, 과일류, 콩류, 채소류, 버섯류, 그리고 우유 및 유제품 등도 탄수화물의 주요 급원이 된다. 탄수화물을 주로 공급하는 식품은 인간이 오랜 수렵 생활을 끝내고 농경 생활과 함께 정착했을 때 가장 먼저 확보한 음식물이다. 인간은 쌀, 밀, 옥수수, 감자, 고구마, 호박 등 다양한 탄수화물 급원들을 인간의 농경 생활과 함께 해왔다.
집을 지을 때 보통은 대들보에 작은 기둥들을 연결한 뒤 콘크리트, 나무, 벽돌 등을 채워 구조를 완성한다. 이렇게 집을 짓기 위해 필요한 건축자재들은 손이나 도구를 이용하여 포장을 벗기고 필요한 자재를 적재적소에 배치하게 된다. 본드나 못, 볼트, 너트 등을 이용하여 조립하거나 고정할 수도 있다. 마찬가지로 인체를 구성하는 물질은 탄소를 중심으로 결합하는데, 이렇게 탄소를 중심으로 결합하는 물질을 통틀어 '유기물'이라고 한다. 탄수화물(Carbohydrate)은 말 그대로 탄소 물을 집어넣어서 만드는 대표적인 유기물이다.
인간을 포함한 동물은 탄수화물을 만들지 못하기 때문에 포도당을 합성할 수 있는 식물을 먹어 탄수화물을 대체하게 된다. 식물이 햇빛을 이용하여 포도당을 얻는 과정을 광합성이라고 하는데, 이 과정은 물을 빛으로 쪼개어 그 에너지를 이용해 이산화탄소를 고정하는 방식이다. 포도당을 만드는 데는 탄소가 6개 필요하며 그래서 식물은 6개의 이산화탄소와 12개의 물을 이용해 광합성을 하고, 이때 만들어지는 물질이 탄소가 6개인 포도당이다. 이 광합성 과정의 부산물로 이산화탄소에 붙어있던 6개의 산소가 분리되어 나온다. 우리가 에너지를 얻기 위해 꼭 필요한 산소는 식물이 에너지를 얻기 위해 꼭 필요한 과정인 광합성 중에 생성되기 때문에 인간에게 식물은 참으로 감사하지 않을 수 없다. 물론 이 과정은 인간을 비롯한 동물이 내쉰 이산화탄소를 기반으로써 공생하는 과정이기도 하다.
식물세포 안에는 광합성을 할 수 있는 엽록체가 존재하며 이 엽록체에는 빛을 흡수할 수 있는 '엽록소'가 존재한다. 빛이 흡수되면 물 분자를 중성자, 전자, 부산물인 산소로 분해한다. 이 과정에는 12개의 물 분자가 사용되므로 ATP 생성과 함께 6개의 산소가 방출되며, 이 과정에서 빛이 필요하므로 '명반응'이라고 한다. 공기 중에서 이산화탄소를 흡수한 후 이산화탄소와 명반응에서 준비된 수소가 만나 포도당이 합성되는 것이다.
동물이 기근에 대비하고 살기 위해 도망치는 과정에서 포도당의 필요성은 분명하다. 동물은 포도당을 합성할 수 없기 때문에 동물성 전분인 글리코겐으로 저장하며, 충족된 상황에서는 생식 활동을 통해 개체 수를 증가시킨다. 식물도 에너지인 포도당을 전분의 형태로 다음 세대의 성장에 대비하여 저장한다. 식물이 포도당을 저장하는 이유는 포도당 형태로는 많은 양을 저장할 수 없기 때문이다. 포도당은 물에 녹고 친수성으로 세포 내로 물을 끌어들여 저장 시 많은 공간이 필요하다. 반면 전분은 물에 녹지 않고 포도당보다 적은 공간이 필요해 한정된 공간에 더 많은 양을 저장할 수 있다. 이렇게 전분의 형태로 저장하게 되면 세포에 부담을 주지 않고도 많은 양의 포도당을 저장할 수 있으며, 언제든 필요할 때 물만 있으면 빠르게 포도당으로 분해하여 사용할 수 있다.
이와 같은 이유로 우리가 먹는 자연식품에는 생각처럼 당류의 형태로 탄수화물이 저장되어 있지 않다. 대부분 전분의 형태로 저장되어 있으며 과일, 채소 등 일부 식품에서 당류를 제공하는 경우가 있다. 우리가 식품에서 접하는 당류는 맛을 위해 첨가한 첨가당이거나 식품의 조리가공 중 효소작용에 의해 일부 전분이 당이 된 경우가 대부분이다. 

2. 탄수화물의 기능
최우선적인 에너지원
자동차가 움직이기 위해서는 먼저 기름을 넣어야 한다. 자동차가 정상적으로 작동하려면 엔진오일, 변속기 오일, 브레이크 오일 등 다양한 기름이 필요하지만, 자동차를 움직이게 만드는 데 가장 필요하고 가장 보편적인 기름은 휘발유나 경유 같은 에너지원이다. 이들 기름을 이용하여 엔진에서 폭발행정을 돌리고 그 회전하는 힘을 이용하여 바퀴를 굴리고 앞으로 나아가는 것이다.
탄수화물은 1그램당 4칼로리의 열량을 내는 영양소로 우리 몸에서 자동차의 기름과 같은 역할을 한다. 우리 몸을 구성하는 대부분의 세포는 탄수화물의 최소단위인 포도당을 최우선적인 에너지원으로 사용하고 그 활동을 통해 몸의 생명현상을 이루어나간다. 뇌, 적혈구, 근육과 같은 몸의 구성 요소들이 활동하려면 각각의 최소 단위인 세포의 활동이 원활해야 하는데, 이런 세포 활동에 있어 가장 기본은 영양소를 섭취하고 대사 하여 에너지를 만들어 쓰는 것이다.
만약 다른 에너지원이 이 기능을 대신할 수 있었다면 우리는 포도당에 의존하지 않아도 됐을 것이다. 하지만 포도당을 위주로 사용하는 뇌세포는 다른 세포와 다르게 포도당을 글리코겐으로 거의 저장할 수 없다.
뇌가 다른 조직과 다르게 수면 중에도 열심히 에너지를 쓰는 장소임을 감안하면 탄수화물이 인체에 얼마나 필요한 영양소인지 알 수 있다. 그래서 포도당이 부족하면 몸은 포도당을 만들기 위해 다른 영양소를 끌어다 쓰거나 탄수화물 식품을 먹도록 식욕을 증가시키는 등 할 수 있는 모든 수단을 동원하는데, 이를 '당 신생(Gluconeogenesis)'이라고 한다. 결국 인체는 적절한 탄수화물을 섭취해줘야 영양소의 고유 기능을 잘 유지하면서 세포가 안정적으로 생명 활동을 할 수 있게 된다.

 

피톨로지 피트니스 영양학 PART2 영양소 1.탄수화물