기말과제물

[과제명]

1) 탄수화물, 단백질 그리고 지방의 소화와 흡수에 대하여 설명하시오.

2) 비타민과 미네랄의 흡수에 대하여 설명하시오.

- 목차 -

Ⅰ. 필수 영양소의 소화생리 이해하기

1) 탄수화물

① 탄수화물의 정의

② 탄수화물의 소화

③ 탄수화물의 흡수

2) 단백질

① 단백질의 정의

② 단백질의 소화

③ 단백질의 흡수

3) 지방

① 지방의 정의

② 지방의 소화

③ 지방의 흡수

Ⅱ. 비타민, 미네랄의 흡수 과정 이해하기

1) 비타민의 흡수

2) 미네랄의 흡수

※ 참고문헌

Ⅰ. 필수 영양소의 소화생리 이해하기

1) 탄수화물

① 탄수화물의 정의

탄수화물 (Carbohydrate, CHO)은 탄소(C), 수소(H), 산소(O)로 이뤄진 지구상에서 가장 풍부한 에너지 공급원이다. 탄수화물 1g이 체내에서 대사 될 때 4kcal의 에너지 발생한다. 탄수화물의 분류는 탄소의 수에 따라 구분하는데, 일반적인 소화 흡수 상태에서 당이 최대로 분해되었을 때의 최종 산물인 단당류는 포도당, 과당, 갈락토오스, 만노오스가 있고, 단당류끼리 서로 합쳐져 있는 상태인 이당류는 자당 (glu+fruc), 엿당 (glu+glu), 유당 (glu+gal)이 있다. 또한 다당류는 전분 (starch)은 씨앗, 섬유소 (fiber)는 줄기와 잎에 저장되며 글리코겐 (동물성 탄수화물)은 동물의 간과 근육에 저장된다.

② 탄수화물의 소화

탄수화물의 소화활동은 입, 위, 소장, 대장에서 일어나는데 먼저 입을 통한 소화는 큰 분자를 작은 분자로 나누는 물리적 소화 과정과 소화되는 물질에 붙어서 소화를 일으키는 화학적 소화 (타액이 다당류를 덱스트린, 엿당으로 분해) 과정이 있다. 다만, 입 속에 체류하는 시간이 매우 짧아 소화는 제한적으로 일어난다. 위를 통환 탄수화물의 소화는 거의 이루어지지 않으며 위벽에서 염산(HCl)이 분비되는 특징이 있고 소화물은 강한 산성 물질이다.

탄수화물의 소장소화 (소장 - 십이지장, 공장, 회장)는 전장소화 또는 전장발효라고 하는데 탄수화물, 지방, 단백질을 분해할 수 있는 모든 합성된 소화효소가 췌장에서 분비된다. 이당류 분해효소는 단당류 2분자로 분해되고, 엿당류 분해효소는 포도당 2분자가 단당류 형태로 분해된다. 또한 자당류 분해효소는 과당 + 포도당으로 분해된다. 소장에서 소화활동의 최종산물은 약 80%의 비율의 포도당이다.

탄수화물의 대장소화는 후장발효라고 하며 후장발효가 가장 왕성한 비반추 초식 동물 말, 토끼 등이 있다. 동물이 성장할수록 대장에서의 소화가 활발해지는 것으로 알려져 있다. 미생물이 사료 속 섬유소를 분해하여 에너지 공급하는데, 성축일 경우 불용성 섬유소의 추가적인 소화가 가능하며 전체 에너지 공급량의 약 20%까지 공급한다.

③ 탄수화물의 흡수

탄수화물의 흡수는 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 확산하는 단순확산 (대상 : 리보오스, 알코올 체내에서 처음 흡수가 시작될 때 가장 활발), 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동 가능한 능동수송 또는 활성흡수 (대상: 포도당, 갈락토오스 - 먼저 단순확산 후 이뤄지며 에너지를 사용), 농도가 높을수록 흡수가 빨라지는 확산방식 (대상: 과당 - 영양소를 운반하는 운반체가 있어 더 빠른 속도로 흡수 가능)이 있다. 포도당의 형태로 가장 많이 흡수된다. (80%)

2) 단백질

① 단백질의 정의

단백질 (Protein)은 여러 종류의 아미노산이 펩타이드 결합으로 연결된 구조이며, 체내 대사 시 단백질 1g당 4kcal의 에너지를 발생한다. 단백질은 단순단백질 (알부민, 글로블린, 글루텔린, 프롤라민, 히스톤, 콜라겐), 복합단백질 (핵단백질, 당단백질, 인단백질, 지단백질, 금속단백질), 유도단백질 (프로티안, 프로티오즈, 젤라틴, 펩톤, 펩타이드)로 분류된다.

아미노산은 아미노기 1개 + 카르복실기 1개 + 아미노산 잔기로 구성되며 이 중에서 아미노산 잔기 (R)가 아미노산으리 화학적 성질을 결정한다. 아미노산은 중성 아미노산 (글라이신, 알라닌, 프롤린, 페닐알라닌 등...), 산성 아미노산 (아스파르트산, 글루탐산), 염기성 아미노산 (라이신, 아르기닌, 히스티딘), 황함유 아미노산 (메치오닌, 시스테인, 시스틴), 필수아미노산 (외부로부터 아미노산을 공급받아야 하는 종류 – 아지닌, 히스티딘, 이소루신, 루신, 라이신, 메치오닌 페닐알라닌, 트레오닌, 트립토판, 발린) 등으로 분류된다.

② 단백질의 소화

단백질의 소화는 입, 위, 소장에서 이뤄지며 입에서는 저작 등의 기계적 소화 기능만 있을 뿐 단백질 분해효소 분비 과정은 발생하지 않는다. 위에서는 불활성 상태의 펩신이 펩시노겐의 형태로 분비되며 이때 위벽세포에서 분비하는 염소에 의해 펩신으로 전변하여 생성된 펩신이 펩시노겐의 활성화를 촉진한다. 위벽세포에서는 HCl, 내인성인자(intrinsic factor) 도 함께 분비하며 위에서 전체 단백질의 20%를 소화한다. 소장에서는 췌장에서 합성된 소호효소를 분비하여 (트립시노겐, 키모트립시노겐, 프로카르복시펩티데이즈 등...) 최종산물로 아미노산과 펩타이드를 형성한다.

③ 단백질의 흡수

단백질의 흡수는 80%이상이 아미노산이 2 ~ 3개가 붙어 있는 di-tripeptide 형태로 흡수되며, 대부분의 아미노산은 나트륨이온(Na+)을 매개로 흡수된다. 운반 담당 수용체가 중성, 염기성, 산성 아미노산 별로 미세융모에 존재하는 L-아미노산 (능동수송으로 흡수 - 포유동물은 L형 흡수율이 높음),과 분자량이 작은 펩타이드는 수소이온(H+)에 의해 능동수송 되는 D-아미노산 (단순확산으로 흡수 - 흡수효율은 매우 저조)이 있다. 일부 단백질, 면역단백질은 그대로 흡수되어 생리 작용에 이용된다. 즉, 초유에 함유된 면역글로불린은 소화되지 않고 흡수되어 갓 태어난 가축들이 수동면역을 획득하게 하므로 초유를 급유하는 것이 매우 중요하다.

3) 지방

① 지방의 정의

지방은 물에 불용성이나 유기화합물로 주로 지방산 3개와 글리세롤로 구성된 중성지방을 뜻하며, 1g당 9.45kcal의 에너지를 발생시키며 같은 양일 경우 탄수화물 대비 약, 2.23배의 에너지를 발생한다. 지방은 단순지질 (지방으로만 뭉쳐진 중성지방, 왁스), 복합지질 (지방이 다른 물질과 결합된 상태인 지질, 당지질, 지단백질, 황지질), 유도지질 (지방산, 탄화수소, 스테롤, 지용성 비타민, 케톤체)로 분류된다.

② 지방의 소화

지방의 소화는 입, 위, 소장에서 에서 이뤄진다. 입 (혀라이페이즈(lingual lipase), 위 (위라이페이즈(gastric lipase)에서 중성지방 10~30%를 소화하며, 주로 단쇄지방산, 중쇄지방산을 함유한 중성지방 소화에 작용하며, 포유 중인 동물의 지방소화에 중요한 역할을 한다. 소장에서는 담즘산엽에 의한 유화작용과 췌장에서는 라이페이즈 콜레스테롤 에스터 분해효소, 포스포라이페이즈 A2 등 소화효소가 분비된다. 지방산 사슬이 짧고 이중결합이 많으면 (식물성 지방산은 불포화지방산이 높고 동물성 지방산은 포화지방산 높음) 지방산 소화율이 높고 포화지방산이 높으면 소화율이 낮다. 지방산최종산물로 유리지방산ㆍ콜레스테롤ㆍ모노글리세리드가 형성된다.

③ 지방의 흡수

지방의 흡수는 소화과정에서 분해된 최종산물이 담즙산염과 결합해 크기가 더 작은 미셀을 형성하게 된다. 소수성인 지방은 안쪽, 친수성 물질은 바깥쪽에 배치 (물하고 친하지 않은 것은 안쪽에 머물고 물하고 친한 것은 바깥 쪽에 배치 된다.) 지방산의 길이가 짧은 것은 바로 채내로 들어가고, 혈액 속의 알부민에 의해서 혈액의 이동을 통해 간으로 이동하여 채내에서 이용한다.

흡수된 미셀 중 장쇄 지방산과 모노글리세리드는 점막세포의 활면소포체에서 다시 중성지방으로 합성되면서 콜레스테롤 에스터, 인지질 등과 결합해 카일로마이크론 (굵은 지방덩어리)을 형성하고, 세포의 유출에 의해 유미관으로 이동해 간으로 유입된다. 반면 단쇄지방산과 중쇄지방산은 카일로마이크론을 형성하지 않고 단순확산에 의해 혈액 내 알부민과 결합하여 모세혈관을 통해 간문맥으로 이동한다.

조류의 경우 모든 지방산이 유미관이 아닌 혈액을 통해 이동한다. 조류는 지방산의 길이와 상관 없이 흡수된 모든 지방산은 혈액과 함께 간문맥을 통해 이동한다. 이것이 가능한 이유는 조류는 호흡이 빠르고 심박수가 높아서 심장이 매우 빠르게 박동하여 혈액 흐름이 빠르다. 때문에 층 분리 현상 없이 간문맥으로 바로 이동하기 때문이다.

Ⅱ. 비타민, 미네랄의 흡수 형태 및 방법

1) 비타민의 흡수

비타민은 자연적으로 함유되어있는 미량의 유기화합물로, 지용성 비타민 (기름과 비슷한 성질 - 기름에 녹는 성질)인 Vit A, D, E, K와 수용성 비타민 Vit B, C, Folic acid, Choline, B12 등이 있다.

지용성 비타민은 지방의 흡수 과정과 함께 체내로 흡수되는데 지방과 함께 미셀을 형성하고 소장에서 상피세포 내로 확산된다. 지방 흡수가 저해되면 지용성 비타민 흡수율도 떨어진다. 수용성 비타민은 소장 상부에서 물과 함께 수동적으로 흡수되고, 일부는 각각의 운반체에 의해 능동수송으로 흡수된다. Vit B12는 내인성인자와 결합하여 회장에서 분리된 후 운반체에 의해 흡수된다. (Intrinsic factor - 위의 벽세포에서 분비, B12를 회장까지 보호)

2) 미네랄의 흡수

미네랄은 원자량이 16 이하인 원소들을 제외한 3~5주기의 금속원소로, 체내에 다량으로 존재, 체내요구량이 큰 다량 미네랄 (칼슘, 인, 나트륨, 염소, 칼륨, 마그네슘, 황)과 체내에 미량으로 존재, 체내요구량이 적은 미량 미네랄 ( 망간, 철, 구리, 아연, 코발트, 셀레늄, 요오드, 불소 등)로 구분된다.

미네랄은 종류에 따라 능동수송 또는 단순확산 되어 흡수된다. 대표적인 예로 칼슘은 십이지장, 공장에서 칼슘결합단백질에 의해 능동수송 (50%) 되며, 철은 사료 내에서 Fe3+ 형태로 존재하지만, 섭취 후 위에서 Fe2+로 환원되어 흡수된다. (십이지장, 공장에서 능동수송 되어 혈액에서 트랜스페린과 결합해 이동) 염소는 주로 십이지장에서 단순확산하며, 마그네슘은 회장에서 능동수송 및 단순확산한다. 사료에 포함된 나트륨 또는 칼륨의 비율에 따라 흡수 과정에 영향을 받을 수 있다.

[참고문헌]

가축번식생리학 멀티미디어 강의자료 5강. 영양소의 소화생리

가축영양학 / 김유용, 정천용 / 한국방송통신대학교출판문화원 / 2018