설탕과 구조가 비슷하지만 칼로리가 없는 수크랄로스가 체내에서 에너지로 쓰이지 않는 이유가 무엇인가요?

Question

설탕과 구조가 비슷하지만 칼로리가 없는 수크랄로스가 체내에서 에너지로 쓰이지 않는 이유를, 설탕 구조에 치환된 염소 원자가 분해 효소의 접근을 막아 대사되지 않고 배출되는 원리로 설명 부탁드려요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

수크랄로스가 설탕과 비슷한 단맛을 내면서도 칼로리가 없는 이유는 우리 몸의 소화 효소가 이 분자를 알아보지 못하도록 화학적으로 설계되었기 때문입니다. 수크랄로스는 설탕의 분자 구조를 기본으로 하되, 설탕 분자 속에 포함된 특정 하이드록실기(-OH) 세 개를 염소 원자(-Cl)로 치환하여 만든 감미료입니다.

​이 미세한 변화는 생물학적으로 매우 큰 차이를 만들어냅니다. 일반적인 설탕이 입안이나 장에 들어오면 수크라아제와 같은 분해 효소들이 설탕 분자에 결합하여 포도당과 과당으로 쪼개고, 이를 통해 에너지를 생성합니다. 하지만 수크랄로스 구조에 붙은 염소 원자들은 효소가 결합해야 할 자리를 물리적으로 방해하는 일종의 방패 역할을 합니다. 효소가 수크랄로스 분자에 접근하려고 해도, 부피가 크고 성질이 다른 염소 원자들 때문에 분해 가능한 위치에 정확히 들어맞지 않게 되는 것입니다.

​결과적으로 수크랄로스는 효소에 의해 분해되지 않은 채 원래의 분자 형태를 그대로 유지하게 됩니다. 우리 몸은 에너지원으로 쓰기 위해 영양소를 작게 쪼개야 하는데, 분해되지 않은 수크랄로스는 장벽을 통해 흡수되지 못하거나 흡수되더라도 대사 과정을 거치지 못합니다. 이렇게 에너지로 전환되지 못한 수크랄로스의 약 80% 이상은 대변으로 직접 배출되며, 나머지도 혈액을 통해 신장으로 이동한 뒤 소변으로 그대로 빠져나갑니다. 결국 단맛이라는 신호만 혀의 미각 세포에 전달할 뿐, 실제 체내 대사 회로에는 전혀 참여하지 않기 때문에 칼로리가 0에 수렴하게 되는 원리입니다.

Answer 2

안녕하세요.

수크랄로스는 설탕과 구조가 비슷하기 때문에 단맛 수용체를 자극할 수 있으나 우리 몸은 이를 거의 에너지원으로 이용하지 못하는데요, 이는 설탕 분자의 일부 하이드록실기가 염소 원자로 치환되어, 소화 효소가 정상적인 당으로 인식하고 분해하기 어렵기 때문입니다. 설탕은 포도당과 과당이 글리코시드 결합으로 연결된 이당류이며, 소장 표면의 수크레이스가 이 결합을 정확히 인식해 절단하고, 포도당과 과당으로 분해합니다. 이후 단당류들이 흡수되어 세포 호흡을 통해 ATP를 만들므로 칼로리를 제공하는 것입니다. 이때 효소는 활성 부위가 특정 입체 구조, 전하 분포, 수소 결합 위치에 맞는 기질만 선택적으로 결합할 수 있는데요, 수크랄로스는 설탕 구조에서 일부 -OH 자리가 염소 원자로 바뀌어 있습니다. 하이드록실기는 효소와 수소 결합을 만들며 기질 인식에 중요한데, 염소로 바뀌면 그런 상호작용이 달라지는 데다가 염소는 부피가 더 크고 전기음성도가 높아 주변 전자 환경도 변화시킵니다.

따라서 결과적으로 수크레이스 같은 당 분해 효소가 수크랄로스와는 잘 결합하지 못하고, 붙더라도 반응에 필요한 정확한 배치를 만들지 못하기 때문에 일반 설탕처럼 포도당과 과당으로 분해되지 않습니다. 또한 장에서 수크랄로스는 흡수율도 제한적이며, 흡수되지 않은 상당 부분은 그대로 배출되는데요, 일부 흡수된 양도 대부분 큰 대사 경로로 들어가 에너지원으로 쓰이지 않고 빠르게 배설됩니다. 감사합니다.