생물학 - 소화계통

1. 소화(Digesion)

1) 소화의 정의

음식물 속에 들어있는 여러가지 영양분을 체내에서 흡수할 수 있도록 잘게 부수는 과정을 소화라고 한다. 음식물에는 탄수화물, 지질, 단백질을 비롯하여 비타민, 미네랄, 물 등 생명을 유지하는 데 필요한 영양소가 포함되어 있다. 사람을 비롯한 동물은 음식물을 섭취하여 이것을 체내에서 분해해 필요한 영양소를 흡수하여 에너지원으로 사용하거나, 몸을 구성하는 성분으로 사용한다.

사람은 생명활동을 위해서는 에너지(ATP)가 필요하다. 즉, 우리 몸이 생명활동을 하기 위해서는 세포호흡을 통해 ATP를 만들어야 한다. 세포호흡을 위해서는 영양소와 산소가 필요한데, 이때 영양소는 소화를 통해 공급받는다. 이 영양소는 혈액을 통해 온몸을 돌면서 각 세포 내로 흡수된다. 즉, 영양분 흡수는 음식물을 잘게 부수어서 소화 요소와 함께 고분자를 저분자로 만드는 것이다. 소화 과정에서는 영양분을 흡수하는 것뿐만 아니라 이산화탄소나 질소노폐물과 같은 노폐물을 생성한다.

흡수한다는 것은 세포막을 통과한다는 것인데, 세포막을 통과할 수 있는 것은 저분자이다. 통과할 수 있는 저분자의 예시는 3대 영양소와 3부 영양소, 산소, 노폐물 등이다. 반대로 고분자는 세포막을 통과할 수 없는데, 예시로 이당류와 다당류, 다이펩타이트, 지방 등이다.

세포막을 통한 물질 이동방법은 확산, 능동(수송)과 삼투(현상)이 있다. 확산은 고농도에서 저농도로 용질이 이동하는 것으로 자연스럽게 이동한다. 그러나 능동(수송)은 저농도에서 고농도로 용질이 이동하는 것으로 이동시 에너지를 사용한다. 삼투(현상)은 우리 몸의 물의 이동이다. 물은 무조건 삼투(현상)으로 자연스럽게 이동한다.

2) 소화의 종류

소화의 종류는 크게 기계적 소화와 화학적 소화로 이루어진다. 기계적 소화에는 저작, 혼합, 연동 및 분절 운동이 해당되며, 화학적 소화는 소화효소에 의해서 흡수될 정도로 분해되는 과정을 말한다. 큰 유기물 형태의 영양소는 작은 창자에서 흡수될 수 있는 작은 분자인 단당류, 지방산과 글리세롤, 아미노산 형태로 분해된다. 작은 창자 세포를 통해 흡수된 영양소는 혈액을 통하여 간으로 이동한 후, 온몸의 세포에 공급된다. 이때 화학적 소화를 통해 고분자에서 저분자로 분해된 것을 소화최종산물이라고 말한다.

3) 소화효소

소화기관	소화샘	소화액	소화효소
입	침샘	침	아밀라아제
식도
위	위샘	위액	펩신
간	간에서 직접 생성	쓸개즙산(담즙)
쓸개(담낭)	쓸개즙 저장 소화액이 존재하지만, 소화효소가 없다. 즉, 성분의 변화가 없다. 지방의 유화를 돕는다(유화 : 큰지방을 작은 지방으로 분리하는 것)
이자(췌장)	이자샘 랑게르한스섬 - 내분비/호르몬	이자액	아밀라아제 트립신 리파아제
작은창자(소장)	창자샘(장샘)	창자액(장액)	말페이스 펩티데이스
큰창자(대장)
항문

 

2. 소화관 구조와 기능

▲ 영양소의 소화과정 (zum 학습백과)

1) 입(mouth)

입은 음식물을 저작하고 혼합하는 기관으로, 입안에는 치아, 혀, 침샘이 있다. 침샘은 귀밑샘, 턱밑샘, 혀밑샘 등으로 이루어져 있다. 침 속에는 아밀라아제의 일종인 프티알린이라는 소화효소가 들어있어서 녹말의 일부를 분해한다. 침샘에는 분비되는 침은 하루에 약 1~1.5L로, pH는 6~7 정도로 약산성이며, 비중은 1.002~1.008 정도이다.

2) 식도(esophagus)

식도는 인두와 위를 연결하는 관으로 전체 길이는 약 25cm이다. 음식물을 통로로서 소화와 흡수가 일어나지는 않는다. 상반의 1/2는 뼈대근육으로, 하반의 1/2는 민무늬근육으로 이루어져 있다.

3) 위(stomach)

위는 식도에 있어 상복부에 위치하는 주머니 모양의 기관으로 음식물을 일시적으로 저장하며, 위벽에 있는 위샘으로부터 위액을 분비하여 소화를 돕는다. 위액의 성분은 벽세포에서는 살균작용 및 쓸개즙과 체액 분비를 촉진하는 염산(HCL)와 비타민 B12를 흡수하는 내인성인자, 으뜸세포에서는 단백질 분해효소인 펩시노겐과 카제인을 응고하는 레닌, 점액목세포에서는 위점막을 보호하는 점액을 포함하고 있다.  G세포는 가스트린을 분비하는데, 이는 위액 분비를 촉진한다. 위는 단백질이 최초로 소화되는 기관으로, 펩시노겐은 염산에 의해 펩신으로 활성화되어 단백질을 폴리펩티드로 분해한다. 위액은 하루에 약 1.5~2.5L 정도 분비되며, pH1~2 정도의 강산이다. 만약 벽세포에서 내인성인자가 분비되지 않으면 혈액을 만들어내는 비타민 B12가 흡수되지 않아서 악성빈혈이 생길 수 있다.

4) 작은창자(소장, small intestine)

작은창자는 샘창자(십이지장, duodenum), 빈창자(공장, jejunum), 돌창자(회장, ileum)로 구분된다. 작은창자는 약 6m, 지름이 2.5cm의 관으로 융모가 있다. 융모는 대략 0.5~1.5mm의 높이로 약 40개 정도가 분포되어 점막의 표면적을 현저하게 증대시켜 영양소의 흡수율을 높인다. 융모를 통해 영양소가 흡수되면, 혈액과 림프를 통해 각 부분으로 이동한다.

소화관 중 소화와 흡수가 주로 이루어지는 장소로, 3대 영양소의 최종분해가 일어나는 곳이다. 이 곳에서 이자액(아밀라아제, 트립신, 리파아제)이나 장액(말페이스, 펩티데이스) 중에 포함된 각종 소화효소와 간에서 분비된 쓸개즙산(지방의 유화)의 작용으로 소화되어 수분과 함께 작은창자점막에 흡수된다. 작은창자는 지질을 최초로 소화하는 기관이다.

쓸개관과 이자관은 소장으로 연결되어 있으면서 특히, 십이지장의 바터팽대부와 연결되어 있다. 그리고 소화와는 관련이 없지만, 돌창자에는 페어스판이라는 면역 역할을 담당하는 물질이 있다. 이는 장 건강과 면역이 관련이 있다는 의미이다.

5) 큰창자(대장, large intestine)

큰창자는 1.6m로 지름이 7.5cm이다. 소화액은 분비하지 않으므로 소화작용이 일어나지 않는다.작은창자를 통해 큰창자로 들어온 소화 잔여물의 수분이 큰창자에서 더 흡수되고 고형 변이 형성되어 항문으로 배설된다. 이곳에는 700종 이상의 세균이 존재한다.

큰창자는 막창자(맥장, caecum), 잘록창자(결장, colon)와 곧창자(직장, rectum)으로 이루어진다. 막창자는 막창자꼬리(충수)와 역류를 방지하는 돌막창자판막(회맹판)으로 이루어져 있다. 잘록창자는 오름잘록창자, 가로잘록창자, 내림잘록창자, 구불잘록창자로 이루어져 있다.

6) 항문(anus)

항문은 분변이 배설되는 곳이다.

* 융모

▲ 융모의 구조

융모는 가운데 암죽관이 있고 그 주위를 모세혈관이 둘러싸고 있다. 융모는 소화된 영양소와 접촉하는 겉넓이를 넓혀 영양소를 효과적으로 소화한다. 모세혈관은 수용성 영양소(포도당, 아미노산, 물 등)을 흡수하고 암죽관은지용성 영양소(지방산, 글리세롤 등)을 흡수한다.

혈액은 물과 수용성 영양소와 지용성 영양소, 산소, 이산화탄소, 노폐물로 이루어져 있다.

▲ 영양소의 흡수와 정리

 

3. 간담도 계통

1) 간(liver)

간은 복강의 오른쪽 상부, 가로막 바로 아래에 위치하는 사람의 기관 가운데 가장 큰 장기이다. 간은 몸 속의 화학공장이라고 불릴 만큼 다양한 기능을 한다. 이에는 영양소의 저장 및 대사, 호르몬 대사, 쓸개즙(담즙) 생성과 빌리루빈 대사, 혈장단백질과 요소의 합성 그리고 유해물질 및 약물의 해독작용 등이 포함된다.

간에서 만들어진 쓸개즙은 쓸개관(담관)을 통해 쓸개주머니(담낭)에 저장하였다가 샘창자로 분비된다. 쓸개즙은 쓸개즙산염(담즙염)과 빌리루빈으로 이루어진다.

쓸개즙산염은 콜레스테롤로부터 만들어지며, 소화효소를 함유하고 있지 않지만 지질을 유화시켜 소화를 돕는다. 빌리루빈은 적혈구세포가 수명이 다한 물질을 일컫는 용어로 노랑색이다. 따라서 인체에 빌리루빈이 쌓이면 황달이 나타난다. 알부민에 의해 불용성 빌리루빈은 간에 있다가 수용성 빌리루빈으로 바뀌고 샘창자를 거쳐 대변을 통해 배설된다. 

2) 쓸개(담낭)

간 오른엽 아래쪽에 위치해 길쭉한 가지(배) 모양의 주머니이다. 쓸개즙을 저장하고 농축하는 것으로 이후 오디조임근을 통해 샘창자로 이동된다.

3) 이자(췌장)

위와 샘창자 사이에 있는 가로로 긴 관으로 소화효소를 분비하는 외분비 장기이면서 인슐린과 글루카곤과 같은 호르몬을 분비하는 내분비 장기이다. 분비하는 소화효소는 아밀라아제와 리파아제, 트립신이며 이자액은 오디조임근을 통해 샘창자로 이동한다. 이자액에는 알칼리성인 중탄산나트륨을 함유하고 있어 위에서 들어온 산성의 소화액을 중화시킨다.

* 오디조임근(Oddi spincter)

오디조임근(팽대조임근)은 샘창자유두(십이지장유두 = 바터팽대부)에 위치하여, 음식을 섭취하게 되면 자율신경에 의해 오디조임근이 이완되어 소화작용에 필요한 쓸개즙과 이자액이 소장으로 들어가게 되는 것이다.

 

요점정리

 

소화효소가 분비되는 곳과 위치, 명칭

음식물 섭취 → 3대 영양소와 3부 영양소

탄수화물

- 단당류(포도당, 과당, 갈락토오스)

- 이당류(엿당, 설탕, 젖당)

- 다당류(녹말, 글리코겐, 셀룰로스)

단백질 - 아미노산

지질(지방) - 지방산 + 모노글리세리드(글리세롤)

소화계통 = 소화관 + 소화부속기관(간담도 계통) 구조와 기능

융모(융털)

- 모세혈관(수용성 영양소) - 간(혈당조절) - 심장

- 암죽관(지용성 영양소0 - 림프관 - 심장

소장에서 영양분 흡수, 대방에서 수분 흡수

탄수화물(녹말) - 입 → 소장

단백질 - 위 → 소장

지방 - 소장에서 최초분해

영양소는 소화계통에서 소화과정을 통해 혈액에 섞여 온몸의 각 세포로 이동하며 세포막을 통해 흡수된다. 인체의 생명활동을 위해 세포호흡을 통해 에너지와 노폐물을 생성한다.