근육에서 방출된 알라닌이 다른 아미노산에게 아미노기를 전달하고 자신은 피루베이트가 된다. 피루베이트는 간에서 당 신생 합성 과정을 통해 포도당으로 전환된 후 다시 근육으로 보내지면 무산소 공장의 해당계를 거쳐 다시 피루베이트로 바뀐다. 이 피루베이트가 아미노기 전이를 통해 알라닌이 되고 알라닌은 다시 처음 과정을 반복한다. 이를 포도당-알라닌 싸이클이라고 한다. 피루베이트는 당 신생 합성의 강력한 전구 물질이다. 포도당-알라닌 싸이클은 포도당과 아미노산 대사 사이의 분명한 연결고리를 제공한다. 당질의 체내 저장은 제한되어 있으며 뇌와 같은 일부 조직은 포도당 공급이 필수적이다. 근육의 글리코겐은 혈액으로 포도당을 방출 할 수 없다. 글리코겐을 포도당으로 변환시키는 효소가 없기 때문이다.

 

 

신체는 인슐린이 주도하는 항상성(恒常性)으로 혈중 포도당 농도를 거의 일정 수준으로 유지한다. 전체 포도당의 절반 가량을 뇌(腦)에서 소모하고 나머지는 적혈구, 골격근, 신 수질, 지방조직 등에서 사용함으로써 제거된다. 신체는 음식 섭취 상태에 따라 당질, 지방질, 단백질간의 상호 대사 작용이 변화한다.

1-1) 흡수 후 상태(Post-absorptive state)
마지막으로 먹은 음식이 장에서 모두 흡수된 후 다시 음식을 섭취할 때까지 지속되는 일시적 기아 상태를 흡수 후 상태라고 한다. 보통 저녁식사 후 모든 음식물이 장에서 흡수된 시점부터 다음 날 아침 식사 직전까지의 시간이다. 흡수후 상태에서는 포도당 저장 체계에서 포도당 생산 체계로 당질 대사가 전환된다. 일시적 기아 상태에서는 인슐린량이 감소하고 글루카곤 분비 증가하기 때문이다. 간세포에 저장된 글리코겐을 꺼내어 포도당으로 전환시키고 젖산, 알라닌, 글리세롤을 이용하여 새로 포도당을 만들어 혈당 수준을 유지한다. 젖산은 적혈구, 근육, 신수질 세포의 제 2 에너지 공장의 부산물이고 알라닌은 근육에서, 글리세롤은 지방조직에서 유래한 것이다. 적혈구는 1분당 25 g 의 포도당을 소비하고 젖산을 되돌려줌으로써 당 신생 합성의 재료로 사용하게 한다.
 
1-2) 아침 식사

흡수 후 상태는 아침 식사로 종료된다. 아침 식사로 당질 대사는 다시 포도당 생산 체계에서 저장 체계로 극적 전환을 이룬다. 섭취 음식의 종류나 분량에 따라 차이가 있지만 15분내에 혈중 포도당 농도가 증가하기 시작하여 30-60분이면 최고치에 도달한다. 혈중 포도당 농도가 증가하면 인슐린 농도가 상승하여 조직 대사에 영향을 미친다.
 
- 간의 당질 대사

흡수 후 상태에서 글리코겐을 포도당으로 전환하던 간 대사 상태가 아침 식사로 한순간 역전되어 포도당을 글리코겐으로 바꾸어 저장한다. 그러나 음식으로 섭취한 당질이 당 신생 합성을 방해하지 않는다. 당질을 섭취하면 제 2 에너지 공장이 가동되어 부산물로 젖산이 만들어지고 젖산은 포도당 신생합성의 재료가 된다. 이 젖산이 포도당 신생 합성의 공정을  계속 활성화시켜 포도당이 새로 만들어지지만  이때 제조된 포도당은 사용하지 않고 모두 포장되어 글리코겐으로 저장한다. 즉 흡수후 상태에서는 간에서 새로 합성된 포도당을 혈중으로 방출하여 사용하지만 식사로 포도당을 섭취할 때는 1-2시간 내에 간에서 혈중으로 포도당 송출을 중지한다..
 
- 골격근과 지방조직의 당질 대사

음식 섭취로 인슐린 농도가 높아지면 세포막에 있는 포도당을 운반하는 물질이 부지런해져 세포 내로 포도당을 끌어당긴 후 세포 내 에너지 공장 가동률을 증가시킨다. 반면에 지방세포에서는 지방 분해를 방해한다. 골격근육 세포의 에너지 공장에서는 지방산과 포도당을 모두 에너지원으로 사용하지만 아침 식사 후에는 에너지원을 포도당으로 전환하며 일부 포도당은 글리코겐으로 바꾸어 근육에 저장한다. 당질 식사 후에는 지방산보다는 포도당을 사용하는 방향으로 대사 전환을 하는 것이다.
 
- 식 후 포도당 분해

순환 혈액의 포도당 농도는 비교적 일정하지만 지방은 큰 농도 차를 보인다. 트리글레세라이드와 유리 지방산(트리글리세라이드의 분해 산물)은 항상 혈액에 존재하여 포도당처럼 계속 사용되고 보충되며 특히 지방산은 급속하게 교체된다.
트리글리세라이드는 다양한 형태로 존재하며 식사 후에 혈중으로 진입하는 형태는 유미입자를 통한 형태이다. 지방조직에서 혈장으로 진입하는 지방산은 유리 지방산이다. 유리 지방산의 농도가 높을수록 에너지원으로 지방산의 이용이 많아진다.
흡수 후 상태에서는 포도당과 인슐린 농도가 낮은 반면  유리 지방산의 농도가 높아진다. 그러다 당질 식사를 하면 지방산 농도가 떨어진다. 흡수 후 상태에서 유미 입자에 포함된 트리글리세라이드 농도는 거의 없어진다.
 
2-1) 흡수 후 상태

흡수 후 상태에서 유리 지방산은 중요한 에너지원이다. 흡수 후 상태에서 유리 지방산은 지방 조직에서 방출되어 골격근, 간 등의 조직에서 흡수되어 ATP 밧데리의 원료로 사용된다. 식사 후에 증가한 인슐린은 지방을 분해하는 리파제의 활성을 방해한다. 그러나 흡수 후 상태에서는 인슐린 농도가 떨어져 리파제가 힘을 발휘한다. 리파제가 지방 분해를 증가시켜  유리 지방산 이 많아지고 더불어 유리 지방산의 혈중 방출이 증가하는 것이다. 그 외에도  아드레날린과 교감신경계에서 유래한 노아드레날린이 리파제를 활성화시킨다.
케톤체 : 흡수 후 상태에서는 인슐린이 감소하고 글루카곤 분비가 많아져 인슐린/글루카곤 비율이 낮아진다. 이 때문에 .간에서 일어나는 지방산 연소 과정 중 3-히드록시 부티레이트와 아세토아세테이트 등의 케톤체를 생성하여 혈중으로 유리시킨다. 케톤체는 대사율이 빠르다, 케톤체가 에너지원이 되어 만들어진 에너지는 하루에 750-800 KJ 정도이며 이는 안정 시 에너지 소비량의 8%에 해당한다. 케톤체는 식사 후 상태에서는 연료로 중요하지 않지만 오랫동안 굶으면 케톤체의 에너지 대사량이 더욱 증가한다.
 
2-2) 아침 식사

아침 식사를 하면 유리 지방산과 트리글레세라이드의 대사 효과는 크게 차이가 난다.  포도당과 인슐린 농도가 증가하여 리파제의 활성을 억제하고 이 때문에 지방조직에서 유리 지방산의 방출이 줄어 혈중 유리지방산의 농도가 급격하게 강하된다. 따라서 신체의 지방산 이용이 줄어들거나 중단되며 케톤체 농도가 감소하는 것은 당연한 일이다.
그러다가 다시 흡수 후 상태(식사 3-5시간 후부터 금식 기간)가 되면 인슐린 농도가 감소되면서 혈중 지방산의 농도가 다시 증가하는 것이다.
식이 지방은 95%이상이 트리글리세라이드 형태이다. 트리글리세라이드는 소장에서 흡수되어 소장 세포에서 유미 입자를 형성한 후 임파계를 거쳐 혈액 순환계로 방출되는데 이 과정이 매우 완만하기 때문에 3-5시간이 경과해야 혈장 트리글레세라이드 농도가 최대치에 도달한다. 지방식이 탄수화물이나 단백질 식이에 비해 오랫동안 포만감을 느끼는 이유이다.

식이 지방의 흡수 경로
모든 영양소 중에서 유일하게 간을 거치지 않는다. 실제로 대부분의 트리글리세라이드는 간이외의 조직 특히 지방조직과 근육 및 심장조직에서 제거된다.
 
- 지방에서 TG 대사

지방조직의 모세혈관의 지단백 리파제가 유미 입자에 포함된 트리글리세라이드를 가수분해시켜 지방산을 유리한다. 그러나 대부분의 지방산은 지방세포에 들어가 제 2에너지 공장에서 유래한 글리세롤-3-인산과 다시 에스테르 반응을 일으켜 새로 트리글리세라이드를 합성한다. 지방산의 재 에스테르화는 식사 후에 인슐린과 포도당 농도가 높아지고 리파제 활성이 억제될 때 일어난다.
 
- 근육에서 TG 대사

근육 지단백 리파제는 지방 저장보다는 지방을 분해하여 에너지 생성을 위한 지방 소모 과정에 관여한다. 유산소 운동과 근육 훈련으로 근육 리파제의 활성이 증가한다. 근육 세포에서 유미 입자에 포함된 트리글리세라이드의 분해량은 지방 세포에서보다 적다. 근육 세포 내에서 트리글리세라이드의 대사 기전은 지방 세포와 동일하다.
 
3) 아미노산과 단백질 대사

아미노산도 포도당이나 지방산처럼 산화될 수 있다. 체내에서 매일 산화되는 아미노산은 매일 섭취하는 단백질과 균형을 이룬다. 아미노산 산화는 정상 상태에서 체내 전체 산화대사의 10-20%를 차지한다. 그러나 아미노산은 단순히 에너지 생산을 위해 저장되지는 않는다. 모든 단백질은 모든 조직의 구성체이며 생체 기능을 가지고 있기 때문에 체내 단백질은 주로 보존되는 것이다. 따라서 글리코겐처럼 저장량의 변동이 심하지 않다. 장기간의 기아상태에서는 혈당 유지를 위해 체단백이 분해되기도 한다.
 
간은 아미노산 대사에 중요하다
1)장에서 흡수된 아미노산이 지나가는 첫 번째 기관이고
2)아미노산과 포도당 대사 사이의 연계가 일어나며
3)요소 합성이 일어나는 곳이다.
 
아미노산 대사에서 중요한 것은 아미노산 교환이다. 전이 반응으로 아미노산의 아미노기를 제거하면 탄소 골격으로 이루어진 케토산(2-oxo-acid)이 되며 각 아미노산은 해당 케토산 쌍을 가지고 있다. 즉 알라닌이라는 아미노산에 아미노기를 제거하면 피루빈산 염이 되며 이 피루빈 산은 제 2 에너지 공장의 최종 산물로 신체 대사의 중심 물질이며 ATP 밧데리 생산 라인에 합류한다. 알라닌과 피루베이트의 관계처럼 아스파르테이트는 아미노기를 제거하여 옥살로 아세테이트, 글루타메이트는 아미노기를 제거하여 와 2-옥소글루타레이트 등이되어 신체 대사에  참여하는 것이다.
 
아미노산과 케토산물
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아미노산                2-oxo acid                          에너지 대사와의 관련성
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알라닌                  피루베이트                           해당계 마지막 산물
글루타메이트         2-옥소 글루타레이트              TCA 중간 산물
아스파르테이트      옥살로아세테이트                  TCA  중간 산물
로이신                  2-oxo-3 -methylvalerate          근육에서 산화
이소로이신            2-oxo-4 -methylvalerate          근육에서 산화
발린                     2-oxo-3 -methylbutyrate          근육에서 산화
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아미노산 대사의 특이성

체내에서 합성되지 않아 음식으로 보충해주어야 하는 아미노산을 필수 아미노산이라고 한다. 단백질 식이를 섭취하면 아미노산이 문맥을 통해 간으로 진입한 후 간정맥을 통해 간을 빠져나간다. 간을 거치는 동안 간에서 아미노산을 보존하지만 분지 아미노산(발린, 로이신, 이소로이신)은 대부분 간 밖으로 내보내져 결국 근육에서 제거된다. 근육 세포에서는 분지 아미노산을 단백질 합성에 이용하지 않고 주로 ATP 밧데리 제조의 원료로 사용되어 제 2 ,제 3 공장에서 연소시킨다. 분지 아미노산은 필수 아미노산으로 식이 단백질의 약 20%를 구성한다.
 
2)분지 아미노산과 근육의 아미노산 대사

식사 후에 분지 아미노산은 주로 골격근에 섭취되어 근육의 에너지 공급원으로 활용된다. 분지 아미노산은 아미노기를 교환하여 에너지 생산의 연료가 된다. 근육 세포에서는 분지 아미노산 및 다른 아미노산을 분해하여 대사 시킨 후 주로 최종적으로 알라닌과 글루타민을 방출한다. 왜냐하면 아미노기의 최종 수혜자는 피루베이트와 2-옥소 글루타레이트이며 피루베이트가 아미노기를 받아 알라닌을 2-옥소 글루타레이트가 아미노기를 받아 글루타메이트를 형성하기 때문이다.
        O                                        NH3+
        ∥                                         l
 CH2-C-=COO-                            CH2-CH-COO-
     Pyurvate                                   Alanine
                                 ∪
                                  ∩                          
     Glutamate                                 2-oxoglutarate
                 NH3+                                 O
                  l                                      ∥
-OOC-CH2-CH2-CH-COO-              -OOC-CH2-CH2-C-COO-
 

알라닌과 글루타민은 당질대사와 연결되어 에너지 대사에서 중요한 역할을 하는 아미노산이며 근육에서 유출되는 아미노산의 대부분을 차지한다.  알라닌과 글루타민은 신체 조직에서 합성되기도 한다. 알라닌의 탄소 골격(해당 케토산)은 제 2 에너지 공장의 중간 산물인 피루빈산이며  글루타민의 탄소골격은 제 3 에너지 공장의 중간 산물인  2-옥소 글루타레이트이며 여기에 여러 아미노산으로부터 아미노기를 전이 받아 알라닌과 글루타민을 합성하는 것이다. 따라서 제 2 에너지 공장과 제 3 에너지 공장의 가동률이 높아지면 근육게서 알라닌과 글루타민의 방출이 더욱 증가된다.
알라닌은 간에서 아미노기를 2-옥소 글루타레이트에게 전달하여 글루타민을 형성하고 남은 탄소골격은 에너지 공장에 보낸 활용하며 같은 방식으로 글루타민은 장세포에서  알라닌을 형성하고 남은 탄소 골격은 피루베이트와 포도당으로 전환되어 대사 연료로 사용한다. 글루타민은 면역세포처럼 빠른 증식을 하는 세포의 중요한 연료가 되며 세포 분열에 필요한 퓨린, 피리미딘의 합성에 질소 공여자로 작용한다.