화학 세특 추천, 셀룰로스가 소화안되는 이유

여러분은 왜 인간은 녹말은 소화가 되고 셀룰로스는 소화가 안되는지 아시나요? 구조적 차이를 바탕으로 그 이유를 알아봅시다.

이 글을 읽고 나면 우리가 채소를 많이 먹어도 살이 찌지 않는 이유에 대해 명확히 이해할 수 있고, 탄수화물에 대한 이해도를 더 높일 수 있을 것입니다.

셀룰로스와 녹말

먼저 셀룰로스와 녹말이 무엇인지부터 알아보겠습니다.

 

셀룰로스는 식물 세포 벽의 주요 구성 성분 중 하나로, 식물 세포와 야자 등의 식물의 구조적인 지지체 역할을 합니다. 셀룰로스는 매우 강하고 견고한 섬유 형태를 가지며, 셀룰로스 섬유는 우리가 일상적으로 사용하는 종이, 섬유질 소재, 나무 등에 포함되어 있습니다.

 

 

셀룰로스는 글루코스 분자로 이루어진 폴리머로, 여러 개의 글루코스 단위가 연결되어 긴 체인을 형성합니다. 이 체인은 서로 간에 수소 결합을 형성하여 견고한 구조를 유지합니다. 셀룰로스는 대부분의 생물이 소화하지 못하므로, 인간의 소화 기계로는 소화되지 않고 식이섬유의 형태로 체내를 통과합니다. 그러나 셀룰로스는 우리에게 필요한 섬유질을 제공하고 소화 과정을 돕는 역할을 합니다.

 

 

녹말은 주로 식물의 열매, 곡물, 뿌리 등에 저장된 탄수화물의 형태로 발견되는 다당류입니다. 주로 옥수수, 감자, 밀, 쌀 등에서 추출됩니다. 녹말은 가루 또는 입자 형태로 존재하며, 물에 녹아 투명한 점토 모양의 형태로 변합니다.

 

녹말은 주로 식품 산업에서 사용되며, 식품의 텍스처, 안정성, 또는 살림감을 개선하는 데에 활용됩니다. 예를 들어, 녹말은 식품 조리 과정에서 물과 함께 가열되면 점착성을 갖게 되어 식품의 점착력이나 촉감을 향상시킵니다. 이러한 특성으로 인해 녹말은 소스, 수프, 푸딩, 파이, 비스킷, 햄버거 패티 등 다양한 식품 제품에 사용됩니다.

셀룰로스와 녹말의 구조

셀룰로스와 녹말은 화학식으로 표현하면 같은 분자입니다. 하지만 3차원 구조로 보면 전혀 다른 모양을 하고 있습니다.

위의 두 사진의 차이가 보이시나요? 각각 포도당을 보면 모두 같아보이지만 두 분자가 결합하고 있는 방법이 다릅니다.

왼쪽에 있는 사진이 셀룰로스이고 오른쪽에 있는 사진이 녹말입니다. 이런 결합부위들이 반복된다면 다음과 같은 결과가 나타납니다.

마찬가지로 왼쪽이 셀룰로스이고 오른쪽이 녹말입니다. 이렇게 한 부위의 결합방법만 바뀌어도 완전히 다른 모양의 물질이 만들어집니다. 셀룰로스는 일정한 판 모양처럼 이루어져있고 녹말은 고리모양처럼 복잡한 3차원구조를 가자고 있습니다. 우리 몸의 효소는 녹말을 분해할 수 있지만 셀룰로스는 전혀 분해하지 못합니다. 그래서 소화를 하지 못하는 셀룰로스는 모두 그대로 배출됩니다.

 

채식동물은 셀룰로스를 분해할 수 있는 효소가 있을까요? 소를 예로 들어봅시다.

 

소도 인간과 마찬가지로 셀룰로스를 분해할 수 있는 효소가 없습니다. 하지만 풀을 먹고 에너지를 생산할 수 있는데, 그 이유는 바로 소의 위에 셀룰로스를 분해할 수 있는 효소를 가진 '미생물'이 있기 때문입니다.

소는 풀을 섭취함으로써 미생물에게 셀룰로스를 전달하고, 미생물은 셀룰로스를 이용하여 자기만의 효소를 가지고 분해를 합니다. 그 과정에서 나오는 부산물과 에너지를 증식하는데 사용하기도 하고, 소에게 주기도 합니다. 이렇게 공생관계를 유지할 수 있기 때문에 소가 풀만 먹고도 살 수 있는 것입니다. 인간은 이런 미생물이 없기 때문에 풀을 먹어도 에너지와 부산물을 생성해낼 수 없습니다.

 

녹말을 분해할 수 있는 효소는 왜 셀룰로스를 분해할 수 없을까?

앞에서 같은 포도당이 연결되어 있다 하더라도 단지 하나의 결합의 방향이 다르기 때문에 분해를 할 수 없다고 말했는데요, 비슷하면 같이 분해할 수 있는거 아니냐는 생각이 드실 수도 있습니다.

 

그 이유는 화학적으로 보겠습니다.

앞에서 말했듯이 분해가 되려면 '효소'라는 단백질이 필요합니다. 효소에 대해 설명을 해드리면, 효소는 화학반응을 돕는 단백질입니다. 예를 들면 세포에서 에너지원을 만들기 위해 세포호흡으로 포도당을 물과 이산화탄소로 바꿔야 합니다. 이때 세포호흡을 돕는 효소가 있다면 체온인 36.5도에서도 포도당의 연소가 일어납니다. 하지만 효소가 없다면 몇백도의 열이 필요합니다. 이처럼 효소는 우리 몸에서 아주 중요한 일을 하는데, 여기서 핵심은 효소는 한가지 일만 한다는 것입니다.

 

한가지 일을 한다는 것은 한가지 반응에만 관여한다는 뜻입니다. 효소는 물질을 인식할때 어떻게 구성되어 있는지, 3차원구조도 이용하여 파악합니다. 따라서 녹말을 분해할 수 있는 효소는 구조가 다른 셀룰로스를 인식하지 못합니다. 결국 두가지 물질을 분해하려면 각각을 분해할 수 있는 효소가 필요합니다.(앞에서 말했듯이 인간은 녹말을 분해할 수 있는 효소를 갖고 있지만 셀룰로스를 분해할 수 있는 효소는 갖고 있지 않습니다.)