운동생리학 11강 : 에너지 시스템 [문제 풀어보기]

안녕하세요, 밤샘공부입니다.

[운동생리학 11강 - 문제풀이 강의]

시험기간을 맞아, 운동생리학 관련 강의를 포스팅해볼까 합니다.

많은 대학생 여러분 및 각종 시험을 준비하는 분들에게 도움이 되었으면 좋겠습니다.

 

질문은 아래 오픈채팅방이나 메일로 연락주시면 2시간이내에 답변드리겠습니다~

 

오픈챗 링크 :  https://open.kakao.com/o/srASNxef

메일 주소 : studying.all.night.1114@gmail.com

 

본 강의는 이전 5~10강으로 부터 이어집니다. (문제 어려우시면 옆 카테고리에서 강의 보고 오세요~!)

정답은 강의록 맨 하단에 있으니, 노트에 차근차근 풀어가며 마지막 답안지로 채점하시면 좋을 것 같습니다.

---

1. 유형별 대표 문제 풀어보기

 (1) 에너지의 개념

 

  문제 1) 다음 <보기>의 빈칸에 알맞은 것을 순서대로 써넣으시오.

   에너지란 물리적으로 (   가   )을 수행할 수 있는 능력으로서 열, 빛, 기계, 화학, 전기, 핵에너지 등이 존재하며 상호전환이 가능하다. 이때 대사란, 체내에서 일어나는 물질과 에너지의 변화가정을 일컫는 말로써 (   나   )작용은 물질을 합성하여 에너지를 저장하는 변화과정이며 (   다  )작용은 물질을 분해하여 에너지를 소모하는 변화 과정이다. 이러한 에너지를 유발시키는 가장 중요하면서 기본적인 물질은 (    라    )이며, 이는 아데노신에 인산기 (   마   )개가 달린 유기 화합물이다. 또한, (   라    )가 (     바    )로 변환되는 과정에서 ATPase가 관여하며 이러한 가수 분해 반응에서 에너지가 발생된다.

 

 

 (2) 에너지의 기질

 

   문제 2) 다음은 인체의 에너지 기질에 대한 자료이다. 다음 표의 빈칸을 모두 채우고 다음 물음에 답하시오.

에너지 기질 종류	(             )	지방	(             )
유동 상태 [보통 혈액 속]	글루코스(=포도당)	(             )	(             )
저장 상태 [간, 근육, 피부 등]	(             )	(             )	세포 구성
에너지 제공량	4.1kcal/g	9.4kcal/g	4.1kcal/g
저장량	2500kcal	70000kcal	-
ATP 생성 속도	빠름	(                 )	아주 느림
상대적 ATP 생성량	(              )	많음	매우 적음

  Q. 혈액 속 흐르는 아미노산은 어디에서 무엇으로 변하는가?

 

 

 (3) 3가지 에너지 시스템

  ① ATP-PC 시스템

 

   문제 3) 다음은 ATP-PC 생산 시스템의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. 운동 시작 2~3초 내에, (   가    )속에 저장되어 있는 (   나    )를 모두 사용한다.   

    2단계. 이로 인하여 체내의 (   나    )양에 비하여 (   다    )양이 증가하게 되며, 이로 인해 (   라    )가 생성된다.

    3단계. 생성된 (   라    )에 의하여 (   마    )가 유리 인산(P)과 크레아틴(Cr)으로 분해되는 현상이 촉진된다.

    4단계. (   마    )가 분해되는 과정에서 발생한 에너지를 이용하여 (   나    )가 재생산 된다.

    5단계. 이러한 기작이 반복 되며, 체내 (   마    )가 모두 분해될 시 ATP-PC 시스템은 종료된다.

 

  Q. 다음 그래프는 ATP-PC 생산 시스템의 기작 중 ATP와 PC의 농도를 순서 상관없이 나타낸 그래프이다. 이때, 파란색 그래프와 빨간색 그래프가 나타내는 물질을 각각 쓰고, 이를 기반으로 공액반응(Coupling Reaction)에 대하여 서술하라.

[문제 3 자료]

 

 

  ② 무산소성 해당 과정 (젖산 시스템)

 

   문제 4) 다음은 무산소성 해당 과정의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. ATP-PC 시스템이 시작된 후 더 많은 ATP를 공급하기 위하여 (   가    ) 혹은 (   나    )가 글루코스-6인산이 된다.

    2단계. 이때, (   가    )의 경우 분해 시 1 ATP를 소모하게 되는 반면, (   나    )의 경우 ATP 소모 없이 글루코스-6인산이 된다.

    3단계. 이렇게 생성된 글루코스-6인산이 (   다    )개의 (   라    )으로 최종 분해된다. 이때, (   마    )와 (   바    )라는 효소가 관여한다.

    4단계. 이러한 과정에서 (   가    )의 경우 총 4 ATP를 생성하고 2 ATP를 소모하므로 2ATP가 생성된다고 볼 수 있다.

    5단계. 이러한 과정에서 (   나    )의 경우 총 4 ATP를 생성하고 ( 바 ) ATP를 소모하므로 ( 사 ) ATP가 생성된다고 볼 수 있다.

 

  Q. 산소 충분의 여부에 따라 위의 해당과정의 산물인 (   라    )가 어떤 과정을 거치는지 두 가지 경우로 나누어 서술하라.

 

 

  ③ 유산소성 해당 과정 (산화 시스템)

 

   문제 5) 다음은 탄수화물의 유산소성 해당 과정의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. 똑같이 무산소성 해당과정을 거치면서, (   가    )라면 2개의 ATP / (   나    )라면 3개의 ATP를 생성한다.

              이때, (   다    )개의 (   라    )가 생성된다. 

     *이 과정에서 NADH가 2개 생성된다.

 

    2단계. 이후, (   다    )개의 (   라    )가 (   다    )개의 (   마    )로 변환되는 과정을 거친다.

     *이 과정에서 NADH가 2개 생성되며 2CO2가 발생한다.

 

    3단계. 이렇게 만들어진 (   다    )개의 (   마    )는 각각 (   바    )회로를 한 번씩 돌며 총 2 ATP를 생성한다.

     *이 과정에서 NADH가 6개 생성되며 FADH2는 2개 생성된다. 또한, 4CO2가 발생한다.

 

    4단계. 이러한 과정에서 생성된 NADH 10개와 FADH2 2개가 (   사    )속에 있는 (   아    )로 이동한다.

 

    5단계. 이때, NADH 하나 당 (   자    )개의 ATP가 생성되며 FADH2 하나 당 (   마    )개의 ATP가 생성된다.

 

    6단계. 그러므로, 기질 수준의 직접적 인산화로 생성된 ATP는 4개이며 산화적 인산화로 생성된 ATP는 28개이다.

 

  Q. 포도당의 화학식은 C6H12O6이며, 지방의 화학식은 C12H32O2이다. 지방과 탄수화물 중 어떤 에너지원의 에너지 효율이 높은지 판단하고, 이를 산화적 인산화를 근거로 서술하라. 

 

 

 

   문제 6) 다음은 지방의 유산소성 해당 과정의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. 무산소성 해당과정을 거치는 탄수화물과 달리 지방의 경우 유리지방산(FFA)가 (   가    )를 통해 (   나    ) 로 전환된다.

     *이 과정에서 2개의 ATP가 소모됨.

 

    2단계. 이때, 탄소가 16개인 (   다    )의 경우 (   가    )가 총 (   라    )번 일어나므로 (   나    )가 (   마    )개 생성된다.

     *이 과정에서 NADH가 7개 생성되며 FADH2는 7개 생성된다.

 

    3단계. 이렇게 만들어진 (   마    )개의 (   나    )는 각각 (   바    )회로를 한 번씩 돌며 총 ( 사 ) ATP를 생성한다.

     *이 과정에서 NADH가 ( 아 )개 생성되며 FADH2는 ( 자 )개 생성된다. 또한, ( 차 )CO2가 발생한다.

 

    4단계. 이러한 과정에서 생성된 NADH ( 카 )개와 FADH2 ( 타 )개가 (   파    )속에 있는 (   하    )로 이동한다.

 

  Q. 위 단계적 기작을 기반으로 아래 표의 빈칸을 채워 넣어라.

<탄소가 16개인 팔미틱산>	NADH	FADH2
(  )번의 베타 산화	(  )개	(  )개
(  )번의 크렙스 회로	(  )개	(  )개
총 개수	(  )개	(  )개
전자전달계에서의 ATP 생성량	(         )	(         )

 *총 ATP 생성량 = (    ) + (    ) + (     ) = (        )

 

 

 (4) 에너지 시스템 총 정리

 

   문제 7) 다음은 3가지 에너지 시스템에 대한 자료이다. 다음 표의 빈칸을 모두 채우시오.

특징 \ 시스템	(                    )	무산소성 해당과정	(                   )
산소 사용 여부	(        )	(        )	(        )
ATP 생산율(시간)	매우 빠름	빠름	느림
에너지 공급원	(                )	(                )	(                )
ATP 생산능력	극히 한정된 ATP 생산	한정된 ATP 생산	거의 무한정 ATP 생산
운동형태	고강도, 단시간 운동	1분 이내 활동 운동	지구성, 저강도 장시간 운동

 

 

 

---------- 아래는 답지입니다!

 

 

2. 답지

  문제 1) 다음 <보기>의 빈칸에 알맞은 것을 순서대로 써넣으시오.

   에너지란 물리적으로 (   일   )을 수행할 수 있는 능력으로서 열, 빛, 기계, 화학, 전기, 핵에너지 등이 존재하며 상호전환이 가능하다. 이때 대사란, 체내에서 일어나는 물질과 에너지의 변화가정을 일컫는 말로써 (   동화   )작용은 물질을 합성하여 에너지를 저장하는 변화과정이며 (   이화  )작용은 물질을 분해하여 에너지를 소모하는 변화 과정이다. 이러한 에너지를 유발시키는 가장 중요하면서 기본적인 물질은 (    ATP    )이며, 이는 아데노신에 인산기 (   3   )개가 달린 유기 화합물이다. 또한, (   ATP    )가 (     ADP    )로 변환되는 과정에서 ATPase가 관여하며 이러한 가수 분해 반응에서 에너지가 발생된다.

 

문제 2) 다음은 인체의 에너지 기질에 대한 자료이다. 다음 표의 빈칸을 모두 채우고 다음 물음에 답하시오.

에너지 기질 종류	(      탄수화물      )	지방	(     단백질        )
유동 상태 [보통 혈액 속]	글루코스(=포도당)	(      지방산과 글리세롤       )	(      아미노산       )
저장 상태 [간, 근육, 피부 등]	(      글리코겐       )	(      중성지방     )	세포 구성
에너지 제공량	4.1kcal/g	9.4kcal/g	4.1kcal/g
저장량	2500kcal	70000kcal	-
ATP 생성 속도	빠름	(        느림         )	아주 느림
상대적 ATP 생성량	(      매우 적음        )	많음	매우 적음

  Q. 혈액 속 흐르는 아미노산은 어디에서 무엇으로 변하는가?

    - 간으로 이동하여 글루코스 신생합성에 관여하거나 지방산이 된다.

 

   문제 3) 다음은 ATP-PC 생산 시스템의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. 운동 시작 2~3초 내에, (   근육    )속에 저장되어 있는 (   ATP    )를 모두 사용한다.   

    2단계. 이로 인하여 체내의 (   ATP    )양에 비하여 (   ADP   )양이 증가하게 되며, 이로 인해 (  크레아틴키나아제(CK)    )가 생성된다.

    3단계. 생성된 (   CK    )에 의하여 (   크레아틴인산(PC)    )가 유리 인산(P)과 크레아틴(Cr)으로 분해되는 현상이 촉진된다.

    4단계. (   PC    )가 분해되는 과정에서 발생한 에너지를 이용하여 (   ATP    )가 재생산 된다.

    5단계. 이러한 기작이 반복 되며, 체내 (   PC    )가 모두 분해될 시 ATP-PC 시스템은 종료된다.

 

  Q. 다음 그래프는 ATP-PC 생산 시스템의 기작 중 ATP와 PC의 농도를 순서 상관없이 나타낸 그래프이다. 이때, 파란색 그래프와 빨간색 그래프가 나타내는 물질을 각각 쓰고, 이를 기반으로 공액반응(Coupling Reaction)에 대하여 서술하라.

[문제 3 자료]

 

파란색 그래프는 ATP의 농도를, 빨간색 그래프는 PC의 농도를 의미한다. 운동을 시작하며, ATP농도가 감소하기 시작 하는데 ATP-PC 시스템에 의하여 PC농도 또한 감소하게 된다. 이처럼 ATP 농도와 PC 농도가 모두 감소하므로 이러한 관계를 공액 반응이라 한다.

 

 

 

 

 

 

 문제 4) 다음은 무산소성 해당 과정의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. ATP-PC 시스템이 시작된 후 더 많은 ATP를 공급하기 위하여 (   글루코스    ) 혹은 (   글리코겐    )가 글루코스-6인산이 된다.

    2단계. 이때, (   글루코스    )의 경우 분해 시 1 ATP를 소모하게 되는 반면, (   글리코겐    )의 경우 ATP 소모 없이 글루코스-6인산이 된다.

    3단계. 이렇게 생성된 글루코스-6인산이 (   2    )개의 (   피루브산    )으로 최종 분해된다. 이때, (   헥소키아나제    )와 (   PFK    )라는 효소가 관여한다.

    4단계. 이러한 과정에서 (   글루코스    )의 경우 총 4 ATP를 생성하고 2 ATP를 소모하므로 2ATP가 생성된다고 볼 수 있다.

    5단계. 이러한 과정에서 (   글리코겐    )의 경우 총 4 ATP를 생성하고 ( 1 ) ATP를 소모하므로 ( 3 ) ATP가 생성된다고 볼 수 있다.

 

  Q. 산소 충분의 여부에 따라 위의 해당과정의 산물인 (   피루브산    )가 어떤 과정을 거치는지 두 가지 경우로 나누어 서술하라.

   - 만약 산소가 충분하다면, 2개의 피루브산이 2개의 아세틸 CoA로 전환되며 크렙스회로에 들어가는 유산소성 시스템이 진행된다.

   - 만약 산소가 충분하지 않다면, 2개의 피루브산이 젖산염으로 전환되어 근육에 쌓여 피로가 누적될 것이다.

 

 

  ③ 유산소성 해당 과정 (산화 시스템)

 

   문제 5) 다음은 탄수화물의 유산소성 해당 과정의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. 똑같이 무산소성 해당과정을 거치면서, (   글루코스   )라면 2개의 ATP / (   글리코겐    )라면 3개의 ATP를 생성한다.

              이때, (   2    )개의 (   피루브산    )가 생성된다. 

     *이 과정에서 NADH가 2개 생성된다.

 

    2단계. 이후, (   2    )개의 (   피루브산    )가 (   2    )개의 (   아세틸 CoA    )로 변환되는 과정을 거친다.

     *이 과정에서 NADH가 2개 생성되며 2CO2가 발생한다.

 

    3단계. 이렇게 만들어진 (   2    )개의 (   아세틸 CoA    )는 각각 (   크렙스    )회로를 한 번씩 돌며 총 2 ATP를 생성한다.

     *이 과정에서 NADH가 6개 생성되며 FADH2는 2개 생성된다. 또한, 4CO2가 발생한다.

 

    4단계. 이러한 과정에서 생성된 NADH 10개와 FADH2 2개가 (   미토콘드리아    )속에 있는 (   전자전달계    )로 이동한다.

 

    5단계. 이때, NADH 하나 당 (   2.5    )개의 ATP가 생성되며 FADH2 하나 당 (   1.5    )개의 ATP가 생성된다.

 

    6단계. 그러므로, 기질 수준의 직접적 인산화로 생성된 ATP는 4개이며 산화적 인산화로 생성된 ATP는 28개이다.

 

  Q. 포도당의 화학식은 C6H12O6이며, 지방의 화학식은 C12H32O2이다. 지방과 탄수화물 중 어떤 에너지원의 에너지 효율이 높은지 판단하고, 이를 산화적 인산화를 근거로 서술하라. 

  

  전자전달계에서 발생하는 산화적 인산화의 경우 H의 농도가 중요하게 작용한다. 즉, H가 많으면 많을 수록 ATP를 더 많이 생성할 수 있으며 이 때문에 H개수가 많은 지방의 경우 포도당에 비하여 에너지 생산에 유리하다. 

 

 

 

   문제 6) 다음은 지방의 유산소성 해당 과정의 단계적 기작을 나타낸 설명이다. 빈칸을 채워넣고 추가 물음에 답하시오.

    1단계. 무산소성 해당과정을 거치는 탄수화물과 달리 지방의 경우 유리지방산(FFA)가 (   베타 산화    )를 통해 (   아세틸 CoA    ) 로 전환된다.

     *이 과정에서 2개의 ATP가 소모됨.

 

    2단계. 이때, 탄소가 16개인 (   팔미틱산    )의 경우 (   베타산화    )가 총 (   7    )번 일어나므로 (   아세틸 CoA    )가 (   8    )개 생성된다.

     *이 과정에서 NADH가 7개 생성되며 FADH2는 7개 생성된다.

 

    3단계. 이렇게 만들어진 (   8    )개의 (   아세틸 CoA    )는 각각 (   크렙스    )회로를 한 번씩 돌며 총 ( 8 ) ATP를 생성한다.

     *이 과정에서 NADH가 ( 24 )개 생성되며 FADH2는 ( 8 )개 생성된다. 또한, ( 16 )CO2가 발생한다.

 

    4단계. 이러한 과정에서 생성된 NADH ( 31 )개와 FADH2 ( 15 )개가 (   미토콘드리아    )속에 있는 (   전자전달계    )로 이동한다.

 

  Q. 위 단계적 기작을 기반으로 아래 표의 빈칸을 채워 넣어라.

<탄소가 16개인 팔미틱산>	NADH	FADH2
( 7 )번의 베타 산화	( 7 )개	( 7 )개
( 8 )번의 크렙스 회로	( 24 )개	( 8 )개
총 개수	( 31 )개	( 15 )개
전자전달계에서의 ATP 생성량	(    77.5ATP     )	(    22.5ATP     )

 *총 ATP 생성량 = (  -2  ) + (  8  ) + ( 100  ) = (  106   )

 

 

 

 문제 7)

특징	ATP-PC 시스템	무산소성 해당과정	유산소성(산화) 시스템
산소 사용 여부	무산소성	무산소성	유산소성
ATP 생산율(시간)	매우 빠름	빠름	느림
에너지 공급원	화학적 연료 : PC	탄수화물	지방, 탄수화물, 단백질
ATP 생산능력	극히 한정된 ATP 생산	한정된 ATP 생산	거의 무한정 ATP 생산
운동형태	고강도, 단시간 운동	1분 이내 활동 운동	지구성, 저강도 장시간 운동