글리코젠

3. 기능

글리코젠은 주로 간과 근육에 저장되며, 그 기능은 서로 다르다. 간에 저장된 글리코젠은 혈당 조절에 중요한 역할을 하며, 신체의 다른 부분에서 연료로 사용되는 혈당의 주요 공급원이다. 반면 근육에 저장된 글리코젠은 해당 근육 세포 내에서만 사용되며, 주로 근수축에 필요한 에너지를 공급한다.

3. 1. 간의 글리코젠

3. 2. 근육의 글리코젠

4. 역사

글리코젠은 클로드 베르나르에 의해 발견되었다. 베르나르는 간이 환원당을 생성시킬 수 있는 물질을 포함하고 있다는 것을 실험으로 보여주었다. 1857년까지 베르나르는 "la matière glycogène" 또는 "당 형성 물질(sugar-forming substance)"이라고 불리는 물질을 분리하는 데 성공했다.^[73] 간에서 글리코젠이 발견된 직후, A. 산손(A. Sanson)은 근육 조직에도 글리코젠이 있음을 발견했다. 글리코젠의 실험식 (C₆H₁₀O₅)_n은 1858년 아우구스트 케쿨레에 의해 확립되었다.^[73]

5. 물질대사

글리코젠은 글루코키나아제, 헥소키나아제, 포스포글루코뮤테이스, UTP-글루코스-1-인산 우리딜릴트랜스퍼라아제, 글리코겐 생성 효소의 작용으로 글루코스에서 합성된다. 가지는 1,4-α-글루칸 분지 효소에 의해 형성된다.^[51]

글리코겐 포스포릴라아제는 글리코겐을 포도당 단위로 분해한다. 이때 글리코겐에서 떨어져 나오는 포도당 분자는 포도당 1-인산 형태이다. 포도당 1-인산은 포스포글루코뮤테이스에 의해 포도당 6-인산으로 전환되어야 대사될 수 있다.^[51]

간은 포도당 6-인산가수분해효소(포도당-6-포스파타아제)를 가지고 있어 포도당 신생합성 등으로 생성된 포도당 6-인산의 인산기를 제거하여 포도당을 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 포도당은 혈액으로 방출되어 다른 세포로 운반된다. 포도당 6-포스파타아제는 포도당 항상성 유지를 위해 간과 신장(콩팥)의 소포체 내막에 존재한다. 간과 신장 이외의 근육에는 이 효소가 없기 때문에, 근육 내 글리코겐은 다른 장기에서 포도당으로 이용될 수 없고 근육 자체의 에너지원으로 사용된다.

젖산 수송에는 여러 종류의 수송체가 존재한다. 예를 들어, 글리코겐이 포도당을 거쳐 속근 섬유에서 분해되어 젖산을 생성하고, 그 젖산이 세포막을 통과하여 지근 섬유나 심근의 미토콘드리아에서 사용되는 경우가 있다.^[52] 젖산은 간에서 포도당 신생합성에 의해 포도당이 생성되어 전신에서 포도당으로 이용된다.^[53]

안정 시나 강도가 낮은 운동 시에는 지방이 당보다 더 많이 사용된다. 혈당과 글리코겐은 이용하기 쉽지만 저장량이 많지 않으므로 안정 시 등에서는 그다지 많이 사용되지 않으며, 강도가 높은 운동 시 등에 당이 우선적으로 사용되게 된다.^[52] 운동 강도가 낮은 경우에는 지방과 글리코겐의 연소 비율이 1:1이지만, 운동 강도가 높아짐에 따라 지방보다 글리코겐의 연소 비율이 높아진다.^[54]

5. 1. 글리코젠 합성

5. 2. 글리코젠 분해

• 해당과정을 통해 연료로 사용.
• 오탄당 인산 경로를 통해 NADPH와 오탄당을 생성.
• 간과 콩팥에서 포도당 6-인산가수분해효소(포도당 6-포스파테이스)에 의해 포도당으로 전환되어 포도당신생합성 경로의 마지막 단계를 거침.

6. 임상 관련성

글리코젠 대사에 이상이 생기는 가장 흔한 질환은 당뇨병이다. 당뇨병은 인슐린 분비 이상으로 인해 간에 글리코젠이 비정상적으로 축적되거나 고갈될 수 있는 질환이다. 과도한 인슐린 때문에 저혈당증이 생기면, 간의 글리코젠 수치는 높지만 높은 인슐린 수치가 정상 혈당 유지를 위해 필요한 글리코젠 분해를 방해한다. 글루카곤은 이러한 유형의 저혈당증을 치료하는 일반적인 방법이다.^[51] 글리코젠 합성이나 분해에 필요한 효소가 부족하면 다양한 선천성 대사 이상이 발생하며, 이를 통틀어 글리코겐 축적 질환(당원병)이라고 한다.^[51]

마라톤, 크로스컨트리 스키, 사이클과 같은 장거리 운동 선수들은 종종 글리코젠 고갈을 경험한다. 글리코젠 고갈은 충분한 탄수화물 섭취 없이 장시간 운동 후 운동선수의 글리코젠 저장량이 거의 바닥났을 때 일어난다. 이러한 현상을 마라톤에서는 "벽에 부딪힘(hitting the wall)", 사이클에서는 "봉킹"이라고 부른다. 글리코젠 고갈은 다음의 방법으로 예방할 수 있다.

• 운동 중 혈당으로 전환되는 속도가 가장 빠른 탄수화물(높은 혈당지수)을 지속적으로 섭취한다.
• 지구력 훈련과 특수 훈련을 통해 연료로 사용되는 지방산의 비율을 높여 탄수화물 사용을 절약한다.^[76][77]
• 운동이나 식단으로 글리코겐 저장량이 고갈된 후 다량의 탄수화물을 섭취하여 근육 내 글리코겐 저장 용량을 증가시킨다. ^[78][79][80] 이 과정을 탄수화물 로딩이라고 한다.^[81][82]

6. 1. 글리코젠 대사 장애

6. 2. 글리코젠 고갈과 지구력 운동

• 첫째, 운동 중 혈당으로 전환되는 속도가 가장 빠른 탄수화물(높은 혈당지수)을 지속적으로 섭취한다. 이 방법은 최대 심박수의 약 80% 이상에서 소비되는 포도당의 약 35%를 대체할 수 있다.
• 둘째, 지구력 훈련과 특수 훈련(예: 단식, 저강도 지구력 훈련)을 통해 신체는 1형 근육 섬유를 훈련시켜 연료 사용 효율성과 작업 부하 능력을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 연료로 사용되는 지방산의 비율을 높여 탄수화물 사용을 절약할 수 있다.^[76][77]
• 셋째, 운동이나 식단으로 글리코겐 저장량이 고갈된 후 다량의 탄수화물을 섭취하여 근육 내 글리코겐 저장 용량을 증가시킬 수 있다.^[78][79][80] 이 과정을 탄수화물 로딩이라고 한다. 일시적인 글리코겐 고갈로 인해 근육의 인슐린 감수성이 증가하기 때문에, 탄수화물 공급원의 혈당지수는 중요하지 않다.^[81][82]

7. 기타

스포츠 의학에서는 글리코젠을 효율적으로 저장하는 방법을 글리코겐 로딩 또는 탄수화물 로딩이라고 부른다. 글리코젠 저장을 늘림으로써 글리코젠 고갈로 인한 운동 능력의 한계를 높이기 위해 사용된다. 전처리로 글리코젠 고갈을 일으켜 글리코겐 합성 능력을 높인 후 탄수화물 식품을 섭취하는 고전적인 방법이나, 탄수화물과 글리코겐 분해를 억제하는 구연산을 동시에 섭취하는 고속 로딩법 등이 있다. 글리코젠 나노입자는 잠재적인 약물 전달 시스템으로 연구되어 왔다.^[47]

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