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1. 개요
物質代謝 metabolic process생물의 세포에서 생명을 유지하기 위해 일어나는 모든 물질의 변화로 생체의 화학적 반응의 총칭.
2. 내용
생물은 자신의 생명 활동을 이어가기 위해서 세포 내외부의 물질과 에너지 출입을 조절한다. 생물체는 몸 밖으로부터 섭취한 영양물질을 몸 안에서 분해하고, 합성하여 생체 성분이나 생명 활동에 쓰는 물질이나 에너지를 생성하고 필요하지 않은 물질을 몸 밖으로 내보낸다. 이렇게 세포 내의 물질과 에너지를 관리하는 것을 물질대사라고 한다.물질대사가 일어나지 않으면 생명시스템이 유지될 수 없는데, 끊임없이 물질대사를 통한 에너지 공급이 원활하게 이루어져야 하고, 이에 따라 각 몸의 구성 물질들이 상호작용을 해야 하기 때문이다. 따라서 각 생명체의 체온 및 세포 내의 환경이 일정하게 유지되어서 효소가 원활하게 물질대사를 이룰 수 있도록 관리해야 한다. 실제로 효소가 관여하는 물질대사는 혈액 응고, 음식물 소화, 해독 작용, 몸의 조직 형성 등이 있다. 만약 이들이 하나라도 부족하거나 없으면 살짝 긁히는 상처에도 혈액이 응고되지 않아 출혈이 심해질 것이며, 음식을 먹어 소화를 해도 영양분 에너지를 얻지 못하는 등 신체에 큰 악영향이 생길 것이다.
복잡한 분자를 단순한 화합물로 분해하는 과정을 이화작용이라고 하며, 반대로 단순한 분자를 모아 복잡한 분자로 만드는 과정을 동화작용이라 한다.
3. 에너지
에너지는 일을 할 수 있는 능력, 즉 변화를 일으킬 수 있는 능력이다. 에너지는 열에너지, 운동에너지, 위치에너지 등 다양한 형태로 존재하며, 생물의 능력에 따라 한 에너지를 다른 에너지로 바꿀 수도 있다. 생물은 보통 화학에너지의 형태로 자신의 생명 활동에 필요한 에너지를 저장한다.
4. 열역학 법칙
생물은 영구기관 같은 게 아니니, 당연히 열역학 법칙의 지배를 받는다.[1] 따라서 생물에서 일어나는 에너지 변환에도 열역학 법칙이 적용된다.
4.1. 열역학 제1법칙
에너지 보존의 법칙.식물이 광합성을 통해 포도당을 생산하지만, 식물은 태양에게서 받은 빛에너지를 화학에너지로 전환할 뿐이지 식물자체가 에너지 생산하는건 아니다.
4.2. 열역학 제2법칙
엔트로피의 법칙.어떤 물질대사가 자발적으로 일어나기 위해서는 고립계 엔트로피가 증가되어야만 한다.
5. 반응의 자발성
5.1. 깁스 자유 에너지 변화
깁스 자유 에너지 변화는 어떤 화학 반응이 자발적으로 일어날 것인지 알 수 있는 함수이다. 이 함수는 다음과 같이 표현된다.[math(\Delta G = \Delta H - T\Delta S)]
[math(\Delta H)]는 반응에서 계의 엔탈피 변화를 나타내며, [math(T)]는 절대 온도를, [math(\Delta S)]는 반응에서 계의 엔트로피 변화를 나타낸다.
[math(\Delta G)]는 반응의 자발성을 나타내며 [math(\Delta G<0)]이면 반응이 자발적으로 일어나며, [math(\Delta G>0)]일 때는 반응이 비자발적으로 일어난다.
5.2. 평형
모든 화학반응은 평형을 향해 진행된다. 어떤 때에 화학반응이 정반응 쪽으로 치우쳐져 있다면, 정반응의 속도가 느려지고 역반응의 속도가 빨라져 평형에 도달하게 된다.6. ATP의 기능
세포가 자신의 생명 활동을 유지하기 위해 3가지의 중요한 작업을 한다- 화학적 작업
광합성과 같이 자발적으로 발생하지 않는 흡열 반응을 일으켜 자신에게 필요한 물질을 만들어 낸다. - 수송 작업
자발적인 이동 방향을 거슬러서 물질을 막을 통해 이동시킨다. - 기계적인 작업
근육의 움직임 및 섬모의 이동과 같은 일을 수행한다.
이러한 작업에는 에너지가 필요한데, ATP는 자신이 가진 고에너지 인산기 간의 결합에 저장한 화학에너지를 방출하며 필요한 에너지를 방출한다.
특히, ATP는 분해되면서 -13 kcal/mol이나 되는 [math(\Delta G)]를 방출하기 때문에 자발적으로 일어나지 않는 반응을 일어나게 한다.
7. 종류
7.1. 기초대사량
Basal Metabolic Rate말 그대로 신체의 기능을 유지시키기 위한 제일 기초적인 대사량(=칼로리)를 뜻한다. 저 '신체의 기능'은 사람이 숨만 쉬고 있는 상태를 가정하므로 걷거나 달리는등 그 외의 활동은 후술할 '활동대사'의 영역에 들어간다.
보건소 기초대사량 계산기
* 남자 : 66.47 + (13.75 X 체중) + (5 X 키) - (6.76 X 나이)
* 여자 : 655.1 + (9.56 X 체중) + (1.85 X 키) - (4.68 X 나이)
이 공식에 따르면 왕성한 대사율을 가지는 20세, 70kg, 175cm 남성의 기초대사량은 1768.77 kcal이다. * 남자 : 66.47 + (13.75 X 체중) + (5 X 키) - (6.76 X 나이)
* 여자 : 655.1 + (9.56 X 체중) + (1.85 X 키) - (4.68 X 나이)
위 식은 기초대사량을 구하는 공식중 제일 일반적으로 쓰이는 해리스-베네딕트 식이다. 사람의 나이와 키, 체중을 통해 기초대사량을 측정하는 방식으로, 사람의 체질이나 병세같은 변수를 고려하지 않지만,[2] 단순하면서도 오차범위가 크지 않은 편이다.[3]
위키백과를 인용하자면 각 장기별 사용 비율은 다음과 같다.[4]
다른 동물과 비교해 볼 때 뇌가 요구하는 열량이 많은 편인데, 영아의 경우 뇌에 사용하는 에너지가 전체의 반을 넘는다고 한다.
주로 헬스 트레이너들을 통해 근육을 기르면 기초대사량이 올라 체중조절에 큰 영향을 미친다는 이야기를 듣는 경우가 있는데, 반은 맞고 반은 틀린 말이다. 근육이 열량을 소모하는건 맞지만 근육 1kg 하루에 13kcal 정도의 열량을 추가로 소모하는 정도라서 작정하고 근육을 키우는 보디빌더가 아닌 이상 가시적인 영향은 없다시피하다.[5] 보디빌더들을 비롯해 운동선수들이 비활동기간, 은퇴 후 살이 찌는 경우가 많은 것은 근육이 줄어서라기보단 활동기때에 비해 훈련량이 감소하기 때문이지 근육이 줄어들었단 것 만으로 소모열량이 급격히 감소하는건 아니다.[6]
요약하자면 근육이 있을수록 운동등 일상 생활을 좀 더 원활히 할 수 있으므로 다른 변수가 동일할때 근육이 없는 것 보단 있는 쪽이 다이어트하기 쉬운건 사실이지만, 근육이 있다는 것 만으로는 초장기적으로 보지 않는 이상 큰 효과가 난다고 보기 힘들다.
7.2. 소화대사량
이름대로 섭취한 음식물을 소화시키는 과정에서 소모되는 열량을 뜻한다. 보통 소화대사량은 기초대사량의 10%, 130~180kcal 정도이다.하루 평균 수분 섭취 권장량은 2L정도로, 한참 미달일 때에 비해 2L를 매일 꾸준히, 특히 소량씩 자주 복용해서 권장량을 채우는 쪽이 유의미한 수준으로 소화대사량이 증가한다. 런닝 10~15분 혹은 걷기 30~40분 등 가벼운 운동과 겸하며 수분을 섭취하면 간편하고 안전하게 소화대사량을 효율적으로 늘릴 수 있다.
물을 하루에 8L씩 마시면 소화대사량이 최소치의 2배이상 증가한다는 이야기가 있는데, 이것도 비과학적인 낭설이므로 실행하지 않는게 좋다. 물론 수분 섭취에 비례해 소화대사량이 증가하는 것은 사실이지만, 하루 식사량&활동량에 비해 수분 섭취량이 많아지면 혈중 전해질 농도가 떨어져 수분-전해질 불균형(Fluid/Water-electrolyte imbalance)이 일어날 수 있고,[7] 그걸 빼고 봐도 물중독 걸려서 훅 가기 좋은 조건이다. 애초에 2배가 된다 해봤자 많아도 180kcal가 늘어나는 정도인데, 이정도면 그냥 식사량을 살짝 줄이는게 훨씬 안전하고 간단하다.
7.3. 활동대사
활동대사란 몸을 움직일 때 에너지를 소모하는 것을 의미하며, 운동대사와 같은 말이다. 활동대사량은 운동량(활동량)에 따라 결정되는 값으로 사람에 따라 천차만별이다. 자신의 기초대사량과 활동대사량을 대략적으로 알고 싶다면 이곳을 이용하면 된다.남자 174cm 70.3kg, 여자 161cm 51.85kg 기준으로 활동량에 따른 대략적인 대사량은 다음과 같다. [8]
| 활동량 | 성별 | 기초대사량(kcal) | 활동대사량(kcal) | 식품 이용을 위한 에너지(kcal) | 나의 하루에 필요한 에너지(kcal) |
| 아주 가벼운 활동 | 남 | 1687 | 506 | 244 | 2437 |
| 여 | 1120 | 336 | 162 | 1618 | |
| 가벼운 활동 | 남 | 1687 | 1012 | 300 | 2999 |
| 여 | 1120 | 672 | 199 | 1991 | |
| 보통 활동 (몸을 움직이는 직업) | 남 | 1687 | 1181 | 319 | 3187 |
| 여 | 1120 | 784 | 212 | 2116 | |
| 심한 활동 (격하게 움직이는 직업) | 남 | 1687 | 1518 | 356 | 3561 |
| 여 | 1120 | 1008 | 236 | 2364 |
이 4가지 운동대사량은 각각 기초대사량에 일정한 배율(순서대로 0.3, 0.6, 0.7, 0.9)을 곱해서 계산된다.[9] 소화대사량은 기본적으로 먹은 총 칼로리의 10%로 제시되어 있다. 물을 많이 마시거나 구조가 복잡하여 소화에 더 많은 에너지가 들어가는 단백질 섭취를 늘리면 소화대사량을 얼마간 늘리는 것도 가능하지만 그렇게 유의미한 변화를 가져오긴 힘드니 물을 시도 때도 없이 무한정 마신다거나 단백질만 너무 많이 먹는 등 무리는 하지 않는 게 좋다. 일반적으로 단백질을 소화하는데 20~30%의 칼로리가, 탄수화물은 5~15%, 지방은 0~5%의 칼로리를 소모한다고 알려져 있으며 평균량으로써 10%를 잡는다.https://ourcalc.com/%EA%B8%B0%EC%B4%88%EB%8C%80%EC%82%AC%EB%9F%89-%EA%B3%84%EC%82%B0%EA%B8%B0 연구결과에 따라 퍼센티지 수치는 약간의 차이가 있지만 일반적으로 단백질 분해가 가장 에너지가 많이 들고 섬유질이 많은 야채가 그 다음이고 지방이 가장 소모가 적다는 순위는 동일하다.
근육이 많으면 기초대사량이 늘어서 살이 안 찌는 체질이 된다는 게 미신이라는 게 널리 퍼지면서, 동시에 근육이 늘어나면 기초대사량의 개선은 미미하지만 그 대신 활동대사량이 크게 늘어나는 건 맞다는 설이 올라왔다. 하지만 그렇다면 보디빌더 급으로 근육을 키웠다면 적당히 근육 잃지 않을 정도로만 무게질하면 일상생활하면서 얻는 활동대사량 부스팅만으로도 어지간한 칼로리 섭취는 커버해야 할 것 같지만 현실은 그렇지 않은 걸 알 수 있다. 물론 기초대사량에 비하면 그나마 유의미한 차이가 있을 수 있겠으나 결국 식단을 신경쓰지 않으면 아무리 근육 많은 몸짱이라도 살이 붙기도 하고 있는 살이 잘 빠지지도 않게 된다. 다이어트는 식사조절이 핵심이다. 운동은 거들 뿐.
7.4. 다이어트와 물질대사
다이어트 계에서 기초 대사량에 대해 잘못 알려진 것이 있다. 소문과는 달리 보디빌더나 운동선수 급이 아니라면 근육이 기초 대사량의 많은 부분을 차지하지는 않는다.기초 대사량은 운동하지 않을 때 쓰는 에너지 양이므로, 골격근(쉽게 말해 일반적인 근육)이 쓰는 양은 비교적 적다. 위의 표에서 보다시피 간이나 뇌보다 근육이 적게 쓴다. 정확한 측정은 어렵기에 자료마다 좀 다르지만, 근육은 1kg 당 하루 약 10~15 kcal를 소모하는 것으로 알려졌다. 초코파이 하나가 150 kcal 이다. 성인 남자가 10분 열심히 운동하면 80 kcal. 이러니 흔히 (잘못) 알려진 것처럼 근육 만들어 놓으면 살이 잘 안찌는 체질이 된다는 것은 틀린 말이다. 애초에 근육과 지방이 섞인 체형을 의미하는 근육돼지라는 게 왜 있는지를 생각하면 쉽게 알 수 있다. 효과가 없는 건 아니나, 이것만으로는 체감이 불가능할 정도로 미미하다고 말하는 것이 더 정확할 것이다. 게다가 늘어난 근육은 운동을 계속하지 않으면 도로 줄어든다.
그러므로 근육있는 사람이 살이 잘 안찌는 이유는 근육이 많기 때문이 아니라, 근육을 생성하고 유지하기 위한 운동을 많이 하고, 그 결과로 혈액 속에 있는 포도당 및 축적되어 있는 지방을 끌어내어 사용하며, 결과적으로 섭취 열량보다 사용 열량이 더 많아지면서 살이 잘 안찌게 되는 것이다. 따라서 엄밀히 말하면 활동대사량이 증가하는 것이다.
[1] 누구나 알지만 우주에 그런 건 없다. 아무리 대단해 보이든 효율적으로 보이든 영구기관은 아니다.[2] 대표적으로 동일 체중과 체형이면서도 비만이냐, 헬창이냐에 따라 다소 차이가 존재한다.[3] 사실 진짜로 오차범위를 최대한 줄이려면 인바디로도 무리고 실험실에서 열량계를 통해 측정해야한다. 다만 상술했듯 숨만쉬는 최소한의 생명활동만 고려하기 때문에 변수가 크지 않아 인바디로 측정한 정도로도 크게 벗어나진 않는다.사실 그정도로 정확하게 알 필요가 없다에 가깝다.[4] 다만 장기 자체를 장기간 측정하는게 힘들고, 사람마다 변수도 많아 위 수치가 100% 정확한 것은 아니다.[5] 일반인이 무리해서 근육 5kg을 증량해도 하루에 추가로 소모되는 열량이 65kcal가 늘어나는게 끝이다. 이정도면 5~10분 달리는 정도로 소모할 수 있는 수치다.[6] 좀 더 정확히 말하자면 서순의 오류로 보는게 옳다. 근육이 줄어들어서 기초대사량이 주는게 아니라 근육이 줄어들 정도로 운동을 하지 않아서 근육도 줄고 기초대사량(+활동대사량)도 주는 것이다. 당연하지만 대사량이 적어지니 평소와 비슷한 식단을 고수해도 상대적으로 살이 찌기 쉬워진다.[7] 이는 이온 음료같이 전해질이 포함된 음료수등을 먹어서 예방할 수 있다.[8] 평균적으로 남자가 여자보다 1.5배 많이 먹는 이유를 잘 보여준다[9] 이 모델에선 사무직의 배율이 0.6으로 비교적 활동적인 직업인 0.7과 거의 차이가 나지 않는다. 기초대사량 1700인 남성 기준으로 직장생활과 기타활동 포함해서 하루 1000의 칼로리를 소비한다는 뜻인데, 이는 어지간한 성인 보속으로 적어도 3시간은 꾸준히 걸어야 태울 수 있는 양에 해당한다. 물론 사무직이 책상에 내내 앉아있는 직업은 아니라고는 하지만 저 배율을 곧이곧대로 믿기보다는 휴일에 해당하는 만큼 걸어보고 정말 평상시 활동이 이 정도 에너지와 노곤함을 요구하는지 견주어 보는 게 좋다. 총 대사량이 3000이라 간식 포함 이론상 한 끼당 1000칼로리에 달하는 고열량을 꼬박꼬박 먹어도 몸매 유지가 된다는 건데 사무직을 하며 실제로 이런 결과가 나오긴 쉽지 않다. 다만 이것과 별개로 칼같이 하루 3끼(아침+점심+저녁 또는 점심+간식+저녁 또는 점심+저녁+야식 등.), 끼니당 1000칼로리씩 잘라서 먹는 걸 철저히 준수하는 경우도 잘 없는 게 현실이다. 당장 밥(햇반) 세 공기랑 김치만 퍼먹어도 1000칼로리를 찍게 되며 어지간한 식당 밥이나 패스트푸드로는 한끼에 1500kcal씩 퍼먹는거 일도 아니다. 즉 3000kcal으로 책정하는 것이 타당한지는 둘째치고 보통 체격의, 사회생활을 하는 20~40대 남성이 급격히 살이 찐다면 하루에 4000kcal 이상 먹는 경우가 많다.