탄수화물

1. 분류

 탄수화물은 탄소, 수소, 산소로 구성된 물질로서  (CH₂O)_n의 구조식을 이룬다. 탄수화물은 에너지를 제공하는 당질과 생리적 역할을 하는 식이 섬유소를 포함한다. 탄수화물의 구성단위는 단당류이며 단당류가 모여서 이당류, 올리고당류, 다당류를 이룬다. 

 

① 단당류

 식품에 가장 흔한 단당류는 6탄당(탄소 6개)으로서 포도당, 과당, 갈락토오스가 있고 5탄당(탄소 5개)에는 리보오스, 디옥시리보오스가 있다. 이들 단당류는 자연계에서 사슬모양과 고리모양의 두 가지 형태를 이루나, 생채 내에서는 주로 고리모양으로 존재한다. 

 

6탄당

 포도당, 과당, 갈락토오스는 분자식이 모두 C₆H₁₂O₆로서 분자량이 같지만, 산소와 수소의 위치에 차이가 있어서 모양이 약간 다르고 맛도 조금씩 다르다. 

포도당	혈당의 급원으로서 과일, 꿀, 옥수수 시럽 등에 함유됨
과당	단맛이 가장 강하며, 꿀이나 잘 익은 과일에 주로 함유됨
갈락토오스	유즙(모유, 우유 등)에 함유되어 있는 유당의 성분이며, 갈락토오스 자체로는 존재하지 않음

단당류의 종류와 급원

 

5탄당

 리보오스와 디옥시리보오스는 핵산의 구성분으로서, 리보오스는 RNA를 구성하고 디옥시리보오스는 DNA를 구성한다. 

 

② 이당류

 이당류는 두 개의 단당류가 글리코사이드 결합에 의해 연결된 것으로서 맥아당, 서당, 유당이 있다. 맥아당은 두 개의 포도당이 ⍺-1,4 결합한 물질이며 주로 전분이 가수분해 되어 생성되고 엿기름에 많다. 서당은 포도당과 과당이 ⍺-1,2 결합한 물질로서 과즙에 많고 설탕 형태로 이용된다. 유즙에 함유되어 있는 유당은 ⍺결합을 가진 다른 이당류와는 달리 포도당과 갈락토오스가 ß-1,4결합한 물질로서 과량 섭취했을 때, 또는 유당분해 효소인 락테이즈가 부족하거나 활성이 저하되었을 때 소화에 어려움이 있다. 

 

③ 올리고당류

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

 

④ 다당류

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

전분

 식물의 뿌리나 열매에 저장되어 있는 전분은 생체의 주된 에너지 급원으로 포도당의 연결방식에 따라 아밀로오스와 아밀로펙틴으로 나누어진다. 아밀로오스는 ⍺-1,4 결합으로만 연결되어 긴 사슬모양을 이루고, 아밀로펙틴은 ⍺-1,4 결합과 함께 가지부분의 ⍺-1,6 결합을 가지므로 긴 사슬에 많은 가지를 친 모양을 이룬다. 전분은 곡류, 감자류, 두류 등에 많은데, 아밀로오스와 아밀로펙틴의 함유비율이 보통 1:4 정도이다. 

 

글리코겐

 동물의 저장 다당류로서 동물성 전분으로 불리며 간과 근육에 저장되어 있다. 전분의 아밀로펙틴과 유사한 구조를 가지고 있지만 ⍺-1,6 결합이 많아서 아밀로펙틴보다 가지 부분이 많은 촘촘한 구조를 가진다. 

 

식이 섬유소

 주로 식물의 세포벽에 존재하면서 식물의 형태를 유지시키는 식이 섬유소는 전분의 ⍺-결합과는 달리 포도당이 ß-1,4 결합으로 연결되어 있어서 인체의 소화효소로는 소화되지 않는다. 식이섬유는 펙틴, 검, 뮤실리지 등 수용성 섬유소와 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스, 리그닌 등 불용성 섬유소의 두 종류가 있다. 

 

2. 탄수화물의 소화

 우리가 일상식에서 섭취하는 탄수화물은 주식인 밥·빵·면류 등에 많은 전분, 채소·과일·전곡에 많은 섬유소, 엿기름이나 식혜 등의 맥아당, 설탕의 서당, 유즙의 유등 등이다. 섬유소를 제외한 나머지는 각 소화기관을 거치면서 당질 소화효소에 의해 소화된 후 흡수되기 쉬운 단당류가 되고, 섬유소는 소화되지 않은 채 장내에 남아서 중요한 생리기능을 한다. 

탄수화물의 소화과정

 

① 구강에서의 소화

 식품의 맛과 향으로 타액분비가 촉진되고 치아의 저작 작용으로 음식물이 잘게 부수어지면서 타액과 잘 혼합된다. 타액에는 타액 아밀레이즈(최적 pH6.6)라는 전분분해효소가 있어서 전분의 ⍺-1,4결합을 절단하여 전분을 덱스크린이나 맥아당으로 분해할 수 있다. 저작시간이 길어지면 전분은 맥아당으로까지 분해되나, 입안에서의 음식물은 저작시간이 짧고 저작된 후 곧 삼켜지므로 이러한 효소의 작용은 크지 않다. 

 

② 위에서의 소화

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

 

③ 소장에서의 소화

 위에서 형성된 유미즙이 유문괄약근으로부터 천천히 소량씩 십이지장으로 내려오면 세크레틴과 콜레시스토키닌이 알칼리성의 췌액과 담즙분비를 촉진하여 유미즙을 중화함으로써 십이지장 벽을 산으로부터 보호하고, 췌장 효소들의 활성에 알맞게 만든다. 췌장 아밀레이즈(최적 pH7.1)는 전분의 ⍺-1,4결합을 절단하여 더욱 작은 입자인 맥아당, 이소맥아당으로까지 분해한다. 설탕의 서당, 유즙의 유당, 엿기름이나 식혜의 맥아당과 함께 전분의 소화산물인 맥아당, 이소맥아당은 장점막의 미세융모에 있는 이당류 분해효소인 말테이즈, 이소말테이즈, 수크레이즈, 락테이즈에 의해 포도당, 과당, 갈락토오스의 단당류로 분해 되어 당질의 소화를 완료한다. 

 

④ 대장에서의 소화

 소장에서 소화되지 못한 식이섬유소는 대장에서 박테리아에 의해 분래되어 젖산, 초산, 프로피온산, 뷰티르산 등의 유기산과 가스를 생성한다. 불용성 섬유소와 기타 소화흡수 되지 못한 물질들은 직장으로 이동하여 대변으로 배설된다. 

 

3. 탄수화물의 흡수와 운반

① 흡수

 당질 소화가 완료되어 나온 포도당, 과당, 갈락토오스는 장점막세포막을 통과하여 세포 안으로 이동하는데, 이를 흡수라 한다. 흡수는 단순확산, 촉진확산, 능동수송에 의해 이루어진다. 소장 관강에 소화산물로서 단당류가 농축되어 있을 경우에는 상당량이 농도 차에 의존하는 단순확산에 의해 흡수되지만, 일반적으로 포도당과 갈락토오스는 능동수송으로 흡수된다. 능동수송은 에너지를 소모하는 나트륨-칼륨 펌프(Na⁺, K⁺-pump)에 의해 이루어진다. 과당의 흡수에도 운반체가 필요하나 농도 차에 의존하므로 촉진확산에 의한다. 포도당의 흡수속도를 기준(100)으로 하여 다른 단당류의 흡수속도를 비교하면 다음과 같다.

갈락토오스 110 > 포도당 100 > 과당 43

 

② 운반

 소장 융모의 상피세포막을 통과함으로써 흡수된 단당류는 상피세포 안쪽의 기저막을 통과한 후 모세혈관으로 들어가 문백을 통해 간으로 운반된다.