에너지의 공급원, 탄수화물

우리가 하루하루 살아가는데 필요한 에너지를 얻는 데 있어서 가장 기본적인 영양소가 탄수화물입니다. 밥, 빵, 옥수수, 감자 등 대부분의 문화권에서 탄수화물이 풍부한 식품을 주식으로 삼아왔습니다. 인간의 몸은 탄수화물을 구성하는 포도당에서 우선적으로 에너지를 얻습니다. 그렇기 때문에 인간은 달콤한 단당류와 이당류, 고소하고 기분 좋은 포만감을 주는 다당류의 맛을 좋아하도록 진화되었지요. 그런데 그 탄수화물이 주는 행복감이 풍요로운 현대에는 건강에 위협이 되고 있습니다. 이 글에서 탄수화물의 종류, 기능, 우리 건강에 미치는 영향에 관해 이야기해 보겠습니다. 또한 우리의 건강과 아름다움을 위해 적절한 체중을 유지하기 위해 어떤 전략을 가지고 탄수화물을 먹어야 할지 고찰해 보겠습니다.

 

 

 

 

탄수화물이란 무엇일까? 탄수화물의 정의와 어원

 

탄수화물의 정의를 사전에서 찾아보면 ‘수소, 산소, 탄소로 이루어진 유기 화합물로 삼대 영양소 가운데 하나이며, 녹색식물의 광합성으로 생긴다’고 나와있습니다.

탄수화물이라는 이름의 의미를 찾아보면 먼저 ‘탄’은 탄소(carbon)라는 의미이고 ‘수화물’은 물을 포함하고 있다(hydrate)는 뜻입니다. 그러니까 ‘물을 포함한 탄소’라는 의미이지요. 이것은 영어 carbohydrate를 그대로 한자어로 옮긴 것입니다. 탄수화물이라고 하는 물질을 원소로 분해했을 때 탄소와 수소와 산소가 1:2:1의 비율로 나왔기 때문에 당시 과학자들은 탄소(C)와 물(H2O)이 합쳐진 것이라고 생각해서 이런 이름을 붙였다고 합니다. 그런데 사실 탄소와 물이 합쳐진 화합물은 아니고, 탄소, 수소, 산소로 이루어진 것은 맞습니다.

탄수화물의 정의에서 탄수화물은 녹색 식물의 광합성으로 생긴다고 했지요? 실제로 지구상의 생명이 이렇게 번성하게 된 것은 오래 전 남조류라는 미생물이 광합성을 발견했기 때문입니다. 태양에서 오는 무한한 에너지를 가지고 이산화탄소 형태로 존재하는 공기 중의 탄소를 재료로 에너지 저장 유기물을 만들게 되었던 거죠. 그것이 바로 포도당입니다. 탄수화물은 포도당이나 포도당과 유사한 단당류들이 서로 조합해서 만들어지는 다양한 분자들이라고 할 수 있습니다.

 

탄수화물의 종류와 용어

탄수화물은 크기에 따라서 단당류, 이당류, 올리고당, 다당류로 나눌 수 있습니다. 단당류는 당이 1개, 이당류는 당이 2개, 다당류는 당이 수십 개에서 수천 개에 이르는 고분자 탄수화물을 말합니다. 단당류와 이당류를 단순당, 다당류를 복합당이라고 부르기도 합니다. 단순당과 복합당은 모두 우리가 먹는 음식에서 중요한 역할을 차지하고 있는데 그 성격은 상당히 다르지요. 하나씩 알아보겠습니다.

 

단당류

단당류에는 포도당 말고도 여러 가지가 있지만, 가장 중요한 단당류는 포도당입니다. 포도당은 탄수화물 세계의 주인공이라고 할 수 있습니다. 우리가 먹는 이당류나 다당류(녹말)를 구성하는 중요한 구성단위이기도 합니다. 포도당은 처음에 포도에서 발견되었기 때문에 포도당이라고 불리게 되었습니다. 포도당 분자의 모양은 다음과 같습니다.

단당류 중 우리가 식품에서 관심을 가질만 한 단당류는 포도당 외에 과당과 갈락토오스가 있습니다. 이들은 포도당과 연결되어 이당류를 이룹니다.

 

이당류

설탕

당류의 대표주자인 설탕은 포도당과 과당이 결합한 이당류입니다. 사탕수수나 사탕무를 잘게 잘라서 즙을 내고 여기에 석회를 넣어서 불순물을 가라앉혀 제거한 다음, 남은 액체를 끓여서 물을 증발시키는 방법으로 설탕을 만듭니다. 오랜 기간 동안 설탕은 값비싼 사치품으로 왕과 귀족, 큰 부자들만 먹을 수 있었습니다. 대항해시대 이후 유럽인들이 아메리카 대륙의 서인도 제도에 사탕수수 농장을 건설하고 아프리카 노예를 데려와 사탕수수를 대량 재배하면서 중산층, 서민들까지 널리 보급되었습니다. 오늘날 설탕은 너무 흔하고 많이 소비되는 식품이 되었습니다. 그 결과 설탕은 비만과 당뇨와 같은 성인병의 주범으로 비난받고 있는 것도 사실입니다.

 

젖당

‘유당’ 또는 ‘락토오스’라고도 불리는 젖당은 포도당과 갈락토오스가 결합한 이당류입니다. 이름에서 알 수 있듯 젖당은 우유, 모유 등 포유류의 젖에 들어 있습니다. 젖당은 포유류의 새끼들이 다른 음식을 먹을 수 있게 되기 전까지 섭취하는 유일한 탄수화물입니다. 젖당을 포도당과 갈락토오스로 분해하는 효소가 락테이스 또는 유당분해효소라는 효소인데 원래 사람은 아기 때만 젖을 먹도록 진화되었습니다. 그래서 성인 중에 우유를 마시면 속이 불편하거나 설사를 하는 사람들이 있습니다. 이것을 유당불내증이라고 합니다.
요거트나 치즈는 대표적인 우유 발효 식품입니다. 젖당이 포도당과 갈락토오스로 분해된 다음 발효되어 젖산이 되어 새콤한 맛을 내는 것이 요구르트입니다. 여기에서 한 발 더 나아가 젖산이 우유의 단백질인 ‘카제인’을 응고시켜서 굳은 것이 바로 치즈입니다. 요거트나 치즈는 우유를 오래 저장해서 먹을 수 있는 방법이고, 젖당이 분해된 상태이기 때문에 유당불내증이 있는 사람들도 불편 없이 먹을 수 있는 인류의 발명품이라고 할 수 있습니다.

 

맥아당

‘말토오스’라고도 하는 맥아당은 포도당 2개가 연결된 이당류입니다. 설탕이나 젖당은 자연에 원래부터 존재하는 이당류인데 맥아당은 다당류인 전분을 분해해서 얻어진 결과물입니다. ‘맥아’는 보리의 싹을 말합니다. 곡물 속에 풍부한 녹말을 보리 싹에 들어 있는 효소가 분해해서 단당류인 포도당이나 이당류인 맥아당이 되도록 한 것입니다. 그런데 왜 보리 싹을 사용하는 것일까요? 식물은 잎의 세포에서 광합성으로 포도당을 만들어서 씨앗(곡물)이나 뿌리에 녹말 형태로 저장합니다. 그런데 씨앗에서 싹이 틀 때면 녹말에서 포도당 분자를 하나씩 떼어내서 에너지를 얻는 데 씁니다. 그래서 녹말을 분해하는 효소가 보리 싹에 풍부하게 들어 있는 것이지요.

다당류

 

다당류는 포도당과 같은 단당류들이 구슬처럼 연결되어 긴 사슬을 이루는 분자입니다. 다양한 다당류가 있지만 우리가 가장 대표적인 다당류인 녹말, 셀룰로오스, 글리코겐에 관해 알아보겠습니다.

 

녹말

전분이라고도 하는 녹말은 우리의 주식을 구성하며 생명을 유지하고 활동하는 데 필요한 에너지의 주된 공급원입니다. 식물이 광합성으로 만든 포도당을 저장하기 위해 줄줄이 연결해서 고분자인 녹말로 만듭니다. 인간을 포함한 동물은 이 녹말을 먹고 체내에서 소화 과정을 통해 다시 포도당으로 분해한 다음 세포 안에서 생화학적 과정을 거쳐 포도당으로부터 ATP를 만듭니다. ATP는 세포 안의 에너지의 화폐와 같은 분자로 생물의 몸 안에서 일어나는 모든 반응에서 에너지를 공급하는데 직접적으로 사용됩니다.
녹말은 우리가 먹는 밥, 빵, 국수의 재료인 쌀, 밀, 잡곡에 많이 들어있습니다. 또 감자, 고구마, 옥수수 그리고 호두, 아몬드와 같은 견과류, 콩 등에 녹말이 풍부하게 들어 있습니다. 이처럼 녹말이 많이 든 식품 재료는 식물의 씨앗이나 뿌리, 또는 덩이줄기 등 식물이 에너지를 저장하는 장소라는 공통점이 있습니다. 또한 이 식품들은 우리가 주식으로 섭취하거나 곡물이 부족할 때 주식 역할을 했던 식품이기도 해. 그러니까 녹말은 식물 입장에서는 에너지 저장소이고, 사람 입장에서는 살아가는 데 쓰는 에너지의 급원이라고 할 수 있습니다.
녹말에는 아밀로오스와 아밀로펙틴이라는 두 가지 종류의 분자가 있습니다. 아밀로오스는 포도당들이 긴 사슬 모양으로 연결된 분자이고, 아밀로펙틴은 가지를 친 사슬 모양입니다. 찹쌀에서 쫀득쫀득한 찰기를 더해주는 성분이 바로 아밀로펙틴입니다.

 

셀룰로오스

셀룰로오스는 녹말과 마찬가지로 포도당이 구슬처럼 연결된 다당류로 지구상에서 가장 풍부한 유기 화합물 중 하나입니다. 녹말과의 차이점은 녹말에서는 포도당이 같은 방향으로 줄줄이 연결되는데 셀룰로오스에서는 하나 걸러 하나씩 뒤집어지는 방식으로 연결됩니다. 그 결과 포도당 사슬들이 서로 더욱 촘촘하게 밀집할 수 있어서 더욱 단단한 구조를 형성합니다.
셀룰로오스는 식물 세포벽의 주요 성분으로 식물 세포에 강도를 부여해서 식물 세포의 모양을 유지하고 삼투압에 저항하며 식물의 구조와 골격을 형성합니다. 우리 인간을 비롯한 많은 동물들은 셀룰로오스를 소화시킬 수가 없습니다. 그러나 장 속의 미생물의 먹이가 됩니다. 소나 양과 같은 반추동물은 위에 셀룰로오스를 소화할 수 있는 미생물을 잔뜩 가지고 있습니다. 이 미생물이 셀룰로오스를 분해해서 만든 포도당으로부터 에너지를 얻을 수 있지요. 인간의 경우 그런 방식으로 셀룰로오스를 이용할 수는 없지만 셀룰로오스는 식이섬유의 일종으로 인간의 영양에도 중요한 역할을 합니다. 소화관의 건강을 촉진하고 대변의 양을 늘리며 변비를 예방하는 데 도움이 되고 장내 유익균을 늘려서 면역 기능 등 다양한 건강 효과를 얻을 수 있습니다.

 

글리코겐

글리코겐은 인간을 포함한 동물의 세포 내에서 에너지 저장에 중요한 역할을 하는 다당류입니다. 녹말과 비슷한 분자 구조를 가지고 있습니다. 특히 사슬에 가지가 친 모양의 아밀로펙틴과 비슷하게 생겼습니다.
글리코겐은 우리가 섭취한 포도당을 임시로 저장하는 창고와 같은 역할을 합니다. 글리코겐은 주로 간과 근육에 저장됩니다. 간에서는 혈당 수치를 유지하고 필요할 때 다른 조직에 포도당을 공급하는 역할을 합니다. 근육 세포에서 글리코겐은 신체 활동 중에 에너지를 공급하는 데 사용됩니다. 식사 사이의 공복기나 운동과 같은 신체 활동 중에 혈액 내의 포도당 수치가 떨어지면 우리 몸은 글리코겐을 분해시켜 포도당을 생성합니다. 이 포도당은 혈당 수치를 유지하거나 근육에 에너지를 공급하는 데 사용될 수 있습니다.
글리코겐의 분해와 합성은 인슐린, 글루카곤과 같은 호르몬과 글리코겐 합성효소, 글리코겐 포스포릴라아제와 같은 효소를 통해 조절됩니다. 인슐린은 혈당이 높을 때 포도당을 글리코겐으로 저장하는 것을 촉진하는 반면, 글루카곤과 에피네프린은 에너지가 필요할 때 글리코겐을 포도당으로 분해하도록 촉발합니다.
체내에 저장될 수 있는 글리코겐의 양은 지방 저장량에 비해 상대적으로 제한되어 있습니다. 간은 약 100~120g의 글리코겐을 저장할 수 있고, 근육은 약 300~400g을 저장할 수 있습니다. 그래서 글리코겐 보유량은 격렬한 신체 활동 중에 상대적으로 빠르게 고갈될 수 있습니다.

 

맺음말

이 글을 통해서 탄수화물이 무엇인지 알아보았습니다. 탄수화물을 포도당, 과당, 갈락토오스와 같은 단당류, 설탕, 젖당, 맥아당과 같은 이당류, 녹말, 셀룰로오스, 글리코겐과 같은 다당류로 나누어서 알아보았습니다. 대부분의 인류 문화권에서 주식의 자리를 차지하고 있고 우리 몸에 에너지를 공급하는 주된 원료인 탄수화물. 그러나 현대의 과잉 영양, 과잉 열량 상태에서 탄수화물은 각종 질병의 원인이 되는 부정적인 영양소로 지목되기도 합니다. 탄수화물이 건강에 미치는 영향에 관해서는 차후의 포스팅에서 계속 탐구해 나가겠습니다.