| 유기화합물 Organic Compound |
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| 할로겐화당류 | 수크랄로스, 플루오로디옥시포도당 | ||
| 탄수화물이 풍부한 음식들의 사진.[1] |
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1. 개요
당질(糖質, glucide)[2] 또는 탄수화물(炭水化物, carbohydrate[3])은 포도당, 엿당(맥아당), 젖당(유당), 과당, 설탕(자당) 등 당류[4]의 유도체를 총칭하는 말로, 화학적으로는 탄소, 수소, 산소가 결합하여 이루어진 천연 고분자 화합물(natural high polymer)이자 유기화합물(organic compounds)을 이른다.2. 특징
광합성의 대표적인 산물로서 자연계에 널리 분포되어 있으며, 지구상의 많은 생명체가 이를 분해하여 에너지 대사에 사용한다. 탄수화물이라는 명칭은 영어 'carbohydrate(카보하이드레이트, 탄소-물 결합체)'를 번역한 것으로, '글루코스(C6H12O6)'의 발견 당시 분자식을 C6(H2O)6인 탄소의 수화물(물 분자와의 결합체)로 오기하였기 때문에 붙여진 이름이다. 현재는 디옥시당(디옥시리보스) 역시 탄수화물의 한 분류로 정의되고 있다.일상에서 빵, 밥 등을 통해 가장 쉽게 찾아볼 수 있는 에너지원으로, 인류가 농업기술의 개발인 신석기 혁명을 일으킨 이후 정착하고 문명을 일구는 데 공헌한 화합물이나, 그 이면에는 과도한 탄수화물 섭취에 따른 2형 당뇨병 등 인슐린 저항성에 기반한 대사 증후군을 일으키는 원인으로 주목되고 있다. 이에 대중들에게 친숙하지 않은 '탄수화물'이라는 표기보다는 전반적인 이해도를 넓히기 위하여 통칭을 바꾸어야 한다는 의견도 있다. 나이 지긋한 어르신들도 '당을 줄여라.' 는 철칙은 알고 있지만 매한가지로 '탄수화물을 줄여라.'라는 명제에는 잘 공감하지 않기 때문이다. 특히 동아시아에서는 예로부터 '밥심', '밥이 보약', '한국인은 밥을 먹어야 한다.' 등과 같은 관념이 지배적이기 때문에 더욱 탄수화물 섭취를 주의하기가 쉽지 않다. 한때 단백질(蛋白質)이나 지질(脂質)에 대응하여 탄수화물도 당질(糖質)이란 용어로 바꾸자는 운동이 있었으나, 효과는 미미한 편이었다. 반면 일본에서는 당질이라는 표기도 널리 쓰인다.
우리 몸의 에너지를 생산하는 주원료.[5] 운동할 때 탄수화물을 많이 비축해 놓으라고 하는 것을 종종 보았을 것이다.[6] 단 1형 당뇨병 환자에게 외부 인슐린주사 없이는 섭취 가능한 모든 종류의 탄수화물은 독극물이다. 물론 먹는다고 바로 거품물고 쓰러지는 건 아니지만... 고혈당 항목으로.
구성원소는 지질(lipid)과 같이 C, H, O며, 탄수화물이란 이름은 상술했듯 대개의 탄수화물의 분자식이 Cn(H2O)n의 형태라 '탄소'와 '물'이 화합한 수화물로 착각한 데서 유래한다. 그러나 분자 구조는 탄소와 물이 결합한 형태는 아니고 그냥 알코올기(-OH)[7]가 많이 붙은 알데히드/케톤 꼴이다. 따라서 '탄수화물'보다는 당 복합체라는 표현이 더 직관적이라고 할 수 있다. 우리가 흔히 단맛을 느끼는 당류와 당류가 결합되어 만들어진 곡물류에서 다량 함유되어 있는 녹말(starch), 그리고 섬유질[8] 등이 전부 탄수화물의 범위에 속한다.
디옥시리보스, 리보스는 DNA/RNA의 염기를 보호하는 보호막 역할을 하기도 한다.
3. 분류
- 단당류 (Monosaccharide)
탄수화물의 단위체로 5탄당(자일로스(Xylose), 리보스(Ribose), 디옥시리보스(Deoxyribose) 등), 6탄당(포도당(Glucose), 과당(Fructose), 갈락토스(Galactose) 등)이 있다. - 이당류 (Disaccharide)
단당류 2개가 결합된 것으로 엿당(Maltose), 설탕(Sucrose), 젖당(Lactose) 등이 있다. - 다당류 (Polysaccharide)
단당류 여러 개가 결합된 것으로 녹말(Starch)(알파-포도당 중합체), 글리코젠(Glycogen)(알파-포도당 중합체), 셀룰로스(Cellulose)(베타-포도당 중합체) 등이 있다. - 특수당류
일부 탄수화물은 당의 작용기가 특수한 원자로 치환된 것이 있는데 질화당류(글루코사민(Glucosamine), 키토산(Chitosan) 등), 할로겐화당류(수크랄로스(Sucralose), 18-FDG 등) 등이 있다.
4. 소화 과정
입에서 아밀레이스에 의해 소화가 시작되고[9] 췌장의 아밀레이스에 의해 십이지장 부분에서 대부분 소화, 흡수된다. 내장 상피세포의 효소에 의해 단당류로 분해되고 수송 단백질에 의해 흡수된다. 과당은 촉진확산되고, 포도당[10], 갈락토스는 Na+와 함께 능동수송된다. 이는 이차능동수송으로, 여기 이용되는 Na+ 기울기는 거의 전부 Na+/K+ pump로부터 생긴다.섭취된 탄수화물은 분해, 변형되어 최종적으로는 6탄당인 포도당 상태로 우리 몸에서 이용된다. 녹말은 이러한 당의 집합체로서 매우 훌륭한 에너지원이지만, 셀룰로오스는 분해효소가 없기 때문에[11] 체외로 그냥 배출된다. 셀룰로오스는 부피가 크고 수분을 많이 흡수하기 때문에 변비를 예방하는 데 도움이 된다. 다만 섬유가 길어야 효과가 있기 때문에 야채주스 같은 것을 마시는 것은 헛수고. 그냥 과일을 먹자.
5. 인류의 주력 식생활
인류는 농사를 짓기 시작하면서 본격적으로 대량의 탄수화물을 섭취할 수 있게 되었다. 구석기 시대 사람들은 농사를 짓지 않아 주로 에너지를 고기나 열매에서 얻었기 때문에 그들의 식단은 단백질, 지방 및 약간의 당분이 전부였다고 한다. 다만 구석기 시대에도 인류는 전 세계에 퍼져서 살았다. 전지구적으로 빙하기라 하더라도 기후의 차이는 존재했기 때문에, 사냥에 전적으로 의존하는 부족도 있었고, 열매에 조금 더 의존하는 부족도 있었다. 그러나 분명한 점은 열매에 더 의존하는 부족들도 최소 40% 가량의 영양을 단백질에 의존했으며 주력은 수렵채집이었다.하지만 수렵 사회가 바로 문명 사회로 넘어가지 못한 이유가 이러한 한계 때문도 있다. 단백질은 대사 과정에서 젖산을 생성해서 많은 에너지를 한번에 소모하기 힘들고, 신체 유지에 있어서도 매우 중요하기에 신체가 단백질을 에너지원으로 우선해서 쓰지 않으려고 한다. 또한, 아무리 사냥감이 지천에 널려 있어도 다수의 인구를 한번에 부양하는 것은 무리였기에 수렵 사회나 유목 사회는 이곳저곳 떠돌아다니는 생활을 해야 했다. 세계 4대 문명 모두가 농경 사회를 이루고 나서야 문명 사회로 나아간 것은 이러한 이유가 있다.
5.1. 한국인과 탄수화물
한식은 탄수화물의 비율이 상당히 높다.[12]문제는 한국인이 섭취한 지방을 체지방으로 저장하고, 당을 분해하여 글리코겐으로 축적하는 인슐린의 기능이 선천적으로 취약하다는 것이다. 안 그래도 단당류를 비롯한 온갖 탄수화물을 많이 섭취하는데 이에 비해 몸이 거기에 따라가질 못해 혈당이 높아지는 상태가 장기간 유지되다가 점차 인슐린에 내성이 생기게 된다. 결국, 어느 순간 체내에서 혈당을 낮추는 기능이 작동을 하지 않게 되는데, 이것이 당뇨병이다.
그렇다 보니 현재에는 저탄수화물 수요 및 개발이 상당히 활발하며, 상당수의 음식제품의 용기에 탄수화물 함량을 큼지막하게 적어놓는 제품이 많다. 저탄고지 식생활이 웰빙이라면서 탄수화물을 멀리하려는 운동을 하는 사람도 증가 추세.[13]
6. 결핍과 과잉의 부작용
우선 뇌와 적혈구는 탄수화물에서 얻는 포도당을 최우선적인 에너지원으로 쓰기 때문에 장기간의 단식[14]은 신체와 뇌 활동에 매우 나쁜 악영향을 끼칠 수 있다. 일단 지질을 분해해 어느 정도 보충은 가능하지만, 생리적 균형이 깨지기 때문에 정말 좋지 않다. #반대로 과량섭취한 탄수화물은 섭취된 지방의 소모를 막아[15] 차곡차곡 쌓이도록 한다.[16] 물론 모든 탄수화물이 체중 감량에 나쁘다는 뜻은 절대 아니다. 설탕, 액상 형태의 탄수화물들은 소화 흡수율이 매우 뛰어나기 때문에 글루코겐 합성에 차이가 크다. 탄수화물 섭취량이 많아질수록 비만과 당뇨 등 다양한 질병을 유발하는 혈장 팔미톨레산 농도가 높아지는 것으로 나타났다는 연구 결과도 있다.
하지만 지나치게 탄수화물을 절제하는 단백질 다이어트 등은 체내 탄수화물 부족을 야기하고, 탄수화물 대신 지방이 분해되면서 케톤이라는 물질이 분비되는데 이는 입냄새의 원인이 된다.
단, 위의 이야기는 비당뇨병 환자들에 해당하는 것이고, 그보다 심각한 당뇨병 환자, 특히 1형 당뇨병 환자의 경우[17] 관리가 안 되면 탄수화물을 섭취함에도 죄다 소변으로 다 빠져나가기 때문에 쓸 포도당이 없어진 신체는 지방을 태워 에너지를 얻고 그 부산물로 다이어트 때와는 비교를 불허하는 양의 케톤산을 만드는데 이는 피를 산성화 시킬 정도의 양이라서 급성 산독증을 일으킨다. 이를 '당뇨병성 케톤산혈증'이라 하여 환자들이 대표적으로 알아둬야 할 급성 합병증으로 교육한다.
지방과 마찬가지로 탄수화물을 줄이는 다이어트가 유행하면서 마치 지방과 탄수화물은 적게 먹을수록 좋다는 인식을 넘어 섭취하는 것 자체를 죄악으로 여기는 경우도 있다. 단적으로 말해서 우리가 일상생활에서 섭취한다고 건강에 해가 되는 영양소는 없으며, 정말 먹어서 해가 된다면 탄수화물은 영양소가 아닌 독극물로 분류되었을 것이다. 애초에 저탄고지든 고탄저지든 실제로 유의미한 체지방 감량 차이는 없었다. 어찌 보면 당연한 것이, 섭취 칼로리보다 소모 칼로리가 많으면 인체는 당연히 저장된 지방을 쓰기 때문이다. 탄수화물의 섭취가 장기간 결핍되면 저혈당 증세와 더불어 어지럼증, 두통과 함께 근육의 무기력증이 나타나며, 특히 사리분별이나 판단력이 극도로 떨어지게 된다. 괜히 탄수화물이 인체에 꼭 필요한 3대 영양소로 불리는 게 아니다. 그렇기 때문에 뭐든지 적당히 균형있게 섭취하는 게 중요한 것이며, 보통 하루 권장 칼로리의 50~60% 정도인 300~400g을 넘지 않게 섭취하는 것을 권장한다.
속근(순발력)은 탄수화물을 에너지원으로 삼고, 지근(지구력)은 지방을 에너지원으로 삼는다. 즉, 저강도 유산소 운동을 주로 하는 사람들은 저탄고지가 좋고, 고강도 무산소 운동을 주로 하는 사람들은 고탄저지가 좋다. 참고로 유산소 운동이나 무산소 운동이나 속근과 지근의 사용 비율만 다를뿐 둘 다 같이 쓰기 때문에 어느 한쪽의 영양소를 완전히 배제하는 것은 미친짓이다.[18] 참고로 아침에는 신체를 활성화시키기 위해 탄수화물 위주로 먹는 게 좋다고 한다.
실제로 운동하기 전에는 탄수화물을 비롯한 당 성분을 먹는 것이 좋다. 공복 운동을 대다수가 추천하지 않는 이유가 여기 있다. 운동한다는 것은 엔진을 돌린다는 것인데 최소한의 연료마저 없다면 운동을 제대로 하지 못하거나 무산소 운동은 부상 위험이 올라간다.
태아기부터 생후 1천일까지 섭취하는 당분을 줄이면 어른이 돼서 만성질환에 걸릴 위험을 현저히 낮출 수 있다는 연구 결과가 나왔다.#
6.1. 향정신성 약물과 유사 반응
KBS 생로병사의 비밀 공식 유튜브 채널의 영상에 따르면 마약 암페타민[19]을 투여했을 때와 탄수화물을 섭취했을 때의 도파민 경향이 유사하다고 한다.7. 관련 문서
[1] 왼쪽 상단에서부터 과일, 곡물 시리얼과 우유, 빵, 쌀, 면, 감자이다.[2] 좁은 의미의 당질은 탄수화물 가운데 인체가 소화, 흡수할 수 없는 난소화성 식이섬유를 제외한 것만을 이른다.[3] 영어 구어에서는 이름이 길기 때문에 'carb'로 줄여 부르곤 한다.[4] 넓은 의미에서는 탄수화물 자체를 당류라고 한다. 하지만 영양성분표시 제도에서 사용되는 경우와 같이, 당류는 일반적으로 단당류와 이당류만을 의미하는 경우가 많다.[5] 인체는 대부분의 탄수화물을 에너지 생산에만 쏟아붇는다. 무기질과 비타민은 에너지를 만들 수 없고 지방과 단백질은 다른 용도로도 많이 쓰인다.[6] 미 육군 기초군사훈련 때 체력시험 전날 내놓는 메뉴가 파스타와 같은 탄수화물이 높은 음식들이다.[7] 여기서 알코올기가 더 붙으면 당알코올이 된다.[8] 목화의 송이는 덜 익은 무렵에 먹으면 단맛이 나는데 아직 셀룰로오스로 결합하지 않은 당류 때문이다.[9] 위장의 염산에 의해 아밀레이스가 억제된다.[10] SGLT에 의해 수송된다.[11] 분해 가능한 종류는 일부 미생물뿐이다. 잘 알려진 예로 흰개미들은 장내에 공생하는 세균 덕에 섬유질을 분해할 수 있다.[12] 중식은 의외로 탄수화물의 비율이 별로 높지 않다. 대신 단백질의 비율은 일식이나 한식과 비교했을 때 상당히 높은 편. 일식 역시 탄수화물 비중이 큰 편.[13] 한국과 비슷한 일본 역시 당뇨병 발병률이 높은 편이라 이 동네에서는 온갖 당질오프 식품들이 나와 있다. 맥주조차도 한국엔 거의 없는 저당질, 무당질 맥주가 있을 정도.맛은 물론 발포주 맛이다 2023년 들어 한국에도 제로슈가 소주와 맥주가 출시되었다. 맛은 물론 발포주 맛이다[14] 탄수화물을 일부만 먹는 것이 아닌 그냥 아예 밥을 굶는 것을 말한다.[15] 탄수화물이 먼저 소모되기 때문.[16] 지방은 간에서 합성하기도 하지만 많은 양은 아니다.[17] 2형 당뇨병의 경우 고삼투압성 고혈당 증후군이라는 합병증이 더 잦다.[18] 단, 훈련된 마라토너나 썰매개들은 달리기시 글리코겐의 소모비율이 일반인에 비해 굉장히 낮다고 한다.[19] 암페타민은 ADHD 치료에 정상적으로 사용되는 약물이다.