에너지·영양 분자 (몸이 태우고 쌓는 분자)
숨으로 들이마신 8번 산소(O)로 포도당을 천천히 태워 에너지 화폐 ATP를 찍어 내고, 남는 것은 글리코겐과 지방으로 쌓아 두며, 콜레스테롤처럼 몸을 짓는 재료로도 씁니다. 밥 한 숟가락이 세포 속에서 어디로 가는지 분자로 따라가 봅니다.
1. 포도당 한 분자의 세 갈래 길 — 이산화탄소·젖산·에탄올
세포가 실제로 쓰는 에너지 화폐는 포도당이 아니라 ATP이며, 세포는 포도당(C₆H₁₂O₆)을 한 번에 태우지 않고 효소 계단을 따라 조금씩 쪼개며 ATP를 찍어 냅니다. 먼저 탄소 6개짜리 포도당이 탄소 3개짜리 피루브산 두 개로 나뉘고(해당 과정), 8번 산소(O)가 충분하면 미토콘드리아에서 이산화탄소와 물까지 완전히 타면서 가장 많은 ATP를 만듭니다. 전력 질주처럼 산소 공급이 따라가지 못하면 근육 세포는 피루브산을 젖산(C₃H₆O₃)으로 바꿔 짧게나마 ATP 생산을 이어 가는데, 이 젖산은 버려지는 찌꺼기가 아니라 피를 타고 간으로 가 다시 포도당이 되는(코리 회로) 재활용 재료이기도 합니다. 빵 반죽과 술독 속 효모는 같은 갈림길에서 에탄올과 이산화탄소를 만드는데, 사람 몸은 에탄올을 쌓아 두지 못하고 간에서 독성이 있는 아세트알데하이드를 거쳐 아세트산으로 바꿔 처리해야 합니다.
2. 쓰고 남은 것은 쌓아 둔다 — 녹말·글리코겐·지방
식물은 광합성으로 만든 포도당을 알파(α-1,4) 결합으로 이어 녹말로 쌓아 두고, 사람을 비롯한 동물은 가지가 훨씬 촘촘한 글리코겐으로 바꿔 간과 근육에 저장합니다. 설탕(수크로스, C₁₂H₂₂O₁₁)은 포도당과 과당이 산소 다리 하나로 이어진 이당류여서 소장의 효소가 둘로 나눈 뒤에야 흡수되고, 같은 포도당이라도 베타(β-1,4) 결합으로 이어진 셀룰로스는 사람 소화 효소의 3D 주머니에 맞지 않아 분해되지 않습니다. 오래 저장할 에너지는 주로 지방으로 쌓이는데, 지방은 같은 무게의 탄수화물보다 두 배 넘는 에너지를 담습니다.
3. 태우는 것만이 아니다 — 몸을 짓고 돕는 콜레스테롤과 비타민 C
콜레스테롤(C₂₇H₄₆O)은 연료가 아니라 건축 자재입니다. 고리 네 개가 맞붙은 납작하고 단단한 골격이 세포막의 인지질 사이에 끼어들어 막이 너무 무르거나 굳지 않게 조절하고, 몸은 이것을 출발 재료로 스테로이드 호르몬과 쓸개즙산을 만듭니다. 콜레스테롤과 지방산이 만들어지는 과정을 밝힌 콘라트 블로흐와 페오도어 뤼넨은 1964년 노벨 생리의학상을 받았는데, 블로흐는 탄소 27개가 모두 탄소 2개짜리 아세트산 조각에서 온다는 것을 보였습니다. 비타민 C(C₆H₈O₆)는 포도당과 닮은 작은 고리 분자로, 많은 동물이 포도당에서 스스로 만들지만 사람은 마지막 단계 효소가 작동하지 않아 만들지 못하며, 몸속에서는 콜라겐을 만드는 효소를 돕습니다. 당 고리를 육각형으로 그리는 ‘하워스 투영식’의 주인공 월터 하워스는 탄수화물과 비타민 C 연구로 1937년 노벨 화학상을 받았습니다.
‘에너지·영양 분자 (몸이 태우고 쌓는 분자)’ 대표 3D 분자 (6종)
에탄올 (에틸 알코올)
탄소 두 개에 OH 하나, 원자 9개짜리 작은 분자로, 효모가 당을 발효해 만들고 소독제·연료·술에 쓰이지만 몸에서는 독성 물질로 처리되는 알코올
포도당 (D-글루코스 · 세포의 주 에너지원)
탄소 5개와 산소 1개가 의자 모양 고리를 이룬, 밥과 빵의 녹말이 소화되면 돌아가는 세포의 기본 연료 분자
설탕 (수크로스 · 자당)
포도당 고리와 과당 고리가 서로의 ‘반응하는 끝’을 맞잡고 묶인, 부엌 설탕통의 하얀 결정 분자
비타민 C (L-아스코르브산)
오각형 고리 위 -OH 두 개가 전자를 먼저 내주고 대신 산화되는, 대항해 시대 괴혈병의 수수께끼를 풀어 준 분자
콜레스테롤
네 고리가 맞붙은 단단한 판 끝에 -OH 하나를 단 채 세포막 속에 끼어들고, 호르몬·담즙산·비타민 D의 원료가 되는 분자
젖산 (락트산)
탄소 3개짜리 작은 분자에 거울상 쌍둥이가 숨어 있는, 김치·요구르트의 신맛이자 격렬한 운동 중 근육이 빠르게 에너지를 낼 때 만드는 분자
이 주제 묶음에서 함께 알아두면 좋은 심화 분자 이야기
글리코겐 (간과 근육에 쌓아 두는 동물의 녹말) (Glycogen)
(C₆H₁₀O₅)ₙ (α-1,4 사슬 + α-1,6 가지)녹말과 같은 알파(α-1,4) 포도당 사슬이지만 포도당 10개 안팎마다 α-1,6 가지가 뻗어, 한가운데 글리코제닌 단백질을 중심으로 둥근 나무처럼 퍼진 입체 알갱이를 이룹니다. 가지 끝이 많을수록 효소가 여러 곳에서 동시에 포도당을 떼어 낼 수 있어 빠르게 꺼내 쓰기 좋습니다. 칼 코리·거티 코리 부부는 글리코겐이 효소에 의해 분해되고 바뀌는 과정을 밝혀 1947년 노벨 생리의학상을 받았습니다.
시트르산 (구연산 · 세포 속 연소 회로에 이름을 남긴 분자) (Citric Acid)
C₆H₈O₇ (192.12 g/mol)레몬의 신맛과 주전자 물때를 녹이는 구연산 세정제로 친숙한, 카복실기(-COOH) 3개를 가진 탄소 6개짜리 산입니다. 세포 속에서는 포도당과 지방에서 나온 탄소 2개짜리 조각이 탄소 4개짜리 분자와 합쳐져 시트르산이 되면서 회로가 시작되고, 한 바퀴 돌 때마다 이산화탄소 2개를 내놓으며 ATP를 만들 재료를 넘깁니다. 겉보기에 똑같은 두 팔(-CH₂COOH)을 효소가 3차원 주머니 안에서 구별해 한쪽만 손질한다는 점은 입체화학의 고전적인 예이며, 이 회로를 밝힌 한스 크레브스는 1953년 노벨 생리의학상을 받았습니다.
의약·영양 분자 서술 원칙: 몸속 역할만 교과서 수준으로 설명하고 복용·효능·치료·식단 조언은 쓰지 않음.