장기간 운동에 따른 골격근의 pro & Macro 글리코겐 수준과 탄수화물 대사관련 단백질 발현의 변화

국문 초록 (Abstract)

골격근은 운동에 반응하여 적응을 하는 능력을 가지고 있다. 이러한 운동에 대한 골격근의 적응 반응은 자극의 본질에 따라 극적으로, 다른 현상을 보인다. 즉 저항성 운동은 근력의 증가와 type I 섬유에 있어서 선택적인 근비대(Hypertrophy) 현상을 보이며, 지구성 운동은 골격근의 미토콘드리아 수와 기능 증가에 따른 유산소성 대사능력의 향상을 가져온다.
지구성 운동의 적응현상에 대한 초기연구에서는 최대산소섭취량과 이와 관련된 mechanism, 활동근의 젖산생성 및 제거 등에 많은 관심을 가져왔으며 최근에는 지구성 운동수행력의 증가는 골격근의 생화학적 적응능력의 향상 즉 골격근의 탄수화물 및 지방산화, TCA 사이클, 전자전달계, ATP생합성 증가 및 미토콘드리아 생합성과 관련이 있으며 이와 관련된 연구가 활발히 진행 중이다.

1). 운동과 PGC-1 α, 미토콘드리아 생합성 및 GLUT4

근 수축으로 인한 ATP turnover의 가속화(ATP/ADP 비율의 감소)와 골격근 대사율의 증가는 AMPK(AMP activated protein kinase)단백질의 발현을 증가시킨다 또한 근 수축과 세포질의 signal second messenger 역할을 담당하는 Ca2+의 증가는 calcineurin(CN), protein kinase C(PKC), Ca2+-calmodulin-activate dproteinkinase(CAMK)의 활성 또한 증가 시킨다. 이러한 연구결과를 토대로 본다면, 근수축에 의해 활성화된 AMPK(Edward, 2004), CAMK(Eva, 2004)에 의한 GLUT-4 유전자 발현의 증가는 PGC-1α와 밀접한 관련이 있으며, 또한 PGC-1α에 의한 미토콘드리 생합성의 증가는 산화적 인산화 능력의 증가를 가져와 탄수화물 대사에 영향을 주는 것으로 생각된다
최근 생화학적 분석방법에 의해 골격근에 저장되는 글리코겐은 분자 크기와 산(acid)에 용해되는 특성에 따라 명백하게 두 가지 형태의 글리코겐, 즉 산에 용해되지 않는 특성을 가진 proglycogen (PG, ～400 kDa)과 산에 용해되는 특성의 macroglycogen (MG, ～10,000 kDa)이 존재한다고 보고되고 있다.
선행연구에서는 최대 산소섭취량의 70%에서 45분간, 최대산소섭취량의 85%에서 지칠 때까지, 그리고 최대산소섭취랴의 100%에서 3회 반복(3분 운동, 6분 휴식) 으로 나누어 사이클 에르고미터 운동을 실시하였을 때 운동 강도의 증가에 따라 PG의 분해율이 MG에 비해 유의하게 증가하며, 운동시간이 길거지면서 단위시간당 전체 글리코겐의 감소가 주로 단위시간당 MG의 분해의 감소(이화작용의 감소)에 기인한다고 하였다.
또한 몸무게 5%의 무게를 쥐의 꼬리에 부착한 후 2시간의 수영운동을 실시하여 근육내 글리코겐의 고갈을 유도한 후 탄수화물 또는 고지방 식이를 섭취 시킨 후 하지근을 적출하여 전기 자극을 주었다. 이 연구에서 고 탄수화물 식이를 통해 글리코겐 과보상 상태가 되었으며 이 경우 PG에 비해 MG의 상대적 이용율이 높게 나타났다. 또한 고지방 식이로 글리코겐 저장량이 낮은 근육에서는 전기자극 시 PG의 동원율이 MG보다 높게 나타나 근육내 초기 MG와 PG의 축적률에 따라 동원율에도 차이를 보여 궁극적으로 이들 글리코겐 형태가 대사적으로 다르게 조절된다고 하였다
근 글리코겐이 고갈되는 강도 높은 운동 후 탄수화물 섭취가 총 글리코겐의 재합성 속도를 빠르게 했으나 세부적으로 PG의 재합성이 MG의 재합성보다 빠르게 일어나 탄수화물의 재보충 시 PG가 더 민감하게 반응하는 것으로 보고하였다.

지구성 운동 수행은 골격근의 탄수화물 및 지방산화, TCA 사이클, 전자전달계, ATP생합성 증가와 밀접한 관련이 있다.
이에 본 연구에서는 장기간 운동에 따른 인간 골격근내 글리코겐 저장 형태(pro & Macroglycogen)를 구명하고 운동자극에 의해 활성화 되는 protein kinases, 그리고 이에 따른 미토콘드리아 생합성과 세포막/세포질의 당수송에 관여하는 단백질의 변화를 구명하는데 그 목적이 있다.