부위별 소화효소 — 어디서 무엇이 어디까지 잘리나

앞 글에서 소화관의 가장 큰 이점이 구획화라고 했습니다. 구간마다 조건을 따로 맞출 수 있어서, 서로 조건이 충돌하는 효소들을 순서대로 다 쓸 수 있다는 것이었죠.

이제 그 말이 사람 몸에서 실제로 무엇을 뜻하는지 봅니다. 입에서 소장까지 따라가면서 어느 자리에서 어떤 효소가 무엇을 어디까지 자르는지를 정리하겠습니다.

암기량이 이 챕터에서 가장 많은 부분입니다. 그런데 무작정 외우면 반드시 섞여요. 그래서 각 항목마다 "왜 하필 여기서, 왜 하필 이 형태로"를 붙여 두겠습니다. 이유가 붙으면 외울 게 절반으로 줍니다.

한눈에 보는 전체 표

먼저 결론부터 놓고 시작합시다. 아래 표가 이 글의 전부입니다. 각 칸이 왜 그런지는 그다음에 하나씩 풉니다.

부위	분비액(분비샘)	효소	기질 → 산물	pH
구강	침(침샘)	침 아밀레이스	녹말 → 엿당·덱스트린	약 7 (중성)
		라이소자임	세균 세포벽 분해 (소화 아님)
식도	점액	없음	운반만 — 연동운동	—
위	위액(위샘)	펩신	단백질 → 폴리펩타이드	약 2 (강산성)
		염산 (효소 아님)	펩시노젠 활성화·살균·변성
소장 (이자에서 분비)	이자액(이자)	이자 아밀레이스	녹말 → 엿당	약 7~8 (약염기성)
		트립신·키모트립신	폴리펩타이드 → 짧은 펩타이드
		라이페이스	중성지방 → 지방산 + 모노글리세라이드
		뉴클레에이스	핵산 → 뉴클레오타이드
소장 (간에서 분비)	쓸개즙(간 생성, 쓸개 저장)	효소 없음	지방 유화 — 결합은 안 끊음
소장 (점막 자체)	막에 붙은 효소	말테이스·수크레이스·락테이스	이당류 → 단당류	약 7~8
		펩티데이스	짧은 펩타이드 → 아미노산
대장	점액	없음	물·무기염류 재흡수	—

표에서 먼저 눈에 담아 둘 것 두 가지. 식도와 대장은 소화효소를 분비하지 않습니다. 그리고 쓸개즙에는 효소가 없습니다. 이 둘이 오답 단골이에요.

구강 — 표면적을 늘리고, 녹말을 조금 건드린다

씹기는 기계적 소화입니다. 결합은 하나도 끊지 않지만, 덩어리를 쪼개서 효소가 달라붙을 표면적을 늘립니다. 앞 글에서 본 "표면적 = 속도" 논리의 첫 등장이에요.

침에는 침 아밀레이스(프티알린)가 들어 있습니다. 녹말의 결합을 끊어 엿당과 덱스트린(중간 크기 조각)까지 분해해요. 밥을 오래 씹으면 단맛이 나는 게 이 반응입니다. 실제로 그 단맛을 느낄 수 있다는 게 구강에서 화학적 소화가 일어난다는 직접적인 증거예요.

주의할 점 둘.

• 구강에서 소화되는 것은 탄수화물뿐입니다. 단백질과 지방은 입에서 화학적으로 전혀 분해되지 않아요. 침에는 단백질 분해효소도 지방 분해효소도 없습니다.
• 포도당까지 가지 않습니다. 침 아밀레이스는 엿당 수준에서 멈춥니다. 단당류로 만드는 일은 소장 점막 효소의 몫이에요.

침의 다른 성분도 있습니다. 점액은 음식을 미끄럽게 만들어 삼키기 좋게 하고, 라이소자임은 세균의 세포벽을 분해합니다. 라이소자임은 소화효소가 아니라 방어 물질이에요. 입은 외부와 통하는 첫 관문이니 방어가 먼저 배치돼 있는 겁니다.

인두·식도 — 소화는 없고 운반만

씹힌 음식은 음식덩이(bolus)가 되어 인두로 넘어갑니다. 인두는 공기와 음식이 갈리는 교차로예요. 삼킬 때 후두덮개가 기도를 덮어 음식이 기도로 가지 않게 합니다. 이 장치가 제때 안 닫히면 사레가 들리죠.

식도에서는 연동운동(peristalsis)이 일어납니다. 관을 둘러싼 돌림근육이 음식덩이 뒤쪽에서 수축하고 앞쪽에서 이완하면서, 음식을 앞으로 밀어냅니다. 치약 튜브를 뒤에서부터 짜 올리는 것과 같아요. 중력이 아니라 근육이 밀기 때문에 물구나무를 서도 음식은 위로 갑니다. 이 사실이 연동운동을 설명하는 가장 좋은 예예요. 사람에서 음식이 식도를 지나는 데는 몇 초 정도 걸립니다.

식도와 위 사이에는 괄약근이 있어 평소에는 닫혀 있습니다. 위의 강한 산이 식도로 올라오지 못하게 막는 장치예요. 이게 제 역할을 못 하면 위산이 역류해 식도 점막을 자극합니다. 식도는 위와 달리 산에 견디는 보호 장치가 없거든요.

위 — pH 2 라는 극단적 선택

위샘에는 서로 다른 일을 하는 세포들이 있습니다.

• 벽세포 — 염산(HCl)을 분비합니다. 위 내부를 pH 약 2의 강한 산성으로 만들어요.
• 으뜸세포 — 펩시노젠을 분비합니다. 펩신 자체가 아니라 그 전 단계입니다.
• 점액세포 — 점액을 분비해 위벽을 덮습니다.

염산이 하는 일은 세 가지인데, 하나씩 목적이 다릅니다.

1. 펩시노젠을 펩신으로 활성화한다 — 아래에서 자세히.
2. 펩신의 최적 pH를 만들어 준다 — 펩신은 강한 산성에서 가장 잘 작동하는 특이한 효소입니다.
3. 살균하고 단백질을 변성시킨다 — 음식과 함께 들어온 세균 대부분이 여기서 죽습니다. 그리고 단백질의 3차 구조를 풀어 놓아, 효소가 잘라야 할 펩타이드 결합을 드러내 줍니다.

③번의 뒷부분을 그냥 넘기지 마세요. 접혀 있는 단백질은 효소가 자를 자리를 찾기 어렵습니다. 산이 먼저 구조를 풀어 실타래처럼 늘어뜨려야 펩신이 일할 수 있어요. 산은 그 자체로 소화효소는 아니지만, 소화를 가능하게 하는 전처리입니다.

그리고 여기서 앞의 구획화 논리가 확인됩니다. 침 아밀레이스는 위에 들어오는 순간 사실상 일을 멈춥니다. 최적 pH가 중성인데 pH 2에 던져지면 단백질 구조가 변성돼 활성을 잃으니까요. 효소가 pH에 민감하다는 사실이 소화관에서 이렇게 눈에 보이게 나타납니다. 그래서 탄수화물 소화는 위에서 한 번 끊겼다가 소장에서 다시 시작돼요.

왜 펩시노젠으로 분비할까 — 반드시 이해할 것

이 단락이 이 글에서 가장 중요합니다. 서술형에 그대로 나옵니다.

으뜸세포는 펩신을 만들지 않습니다. 펩시노젠이라는 활성이 없는 전구체를 만들어 분비해요. 단백질 분해효소들은 대체로 이런 비활성 형태(지모젠)로 분비됩니다. 이자의 트립신도 트립시노젠으로 분비되고요.

이유는 단순합니다. 자기를 소화하지 않기 위해서예요.

으뜸세포도 단백질로 돼 있습니다. 만약 세포 안에서 완성된 펩신을 만든다면, 그 펩신은 분비되기도 전에 자기를 만든 세포의 단백질부터 잘라 버립니다. 리보솜도 효소도 세포뼈대도 전부 단백질이니까요. 그래서 세포 안에서는 일부러 못 쓰는 형태로 만들고, 안전한 장소에 도착한 뒤에야 켜는 전략을 씁니다.

켜지는 과정은 이렇습니다.

펩시노젠 + 염산(pH 2) → 일부 조각이 잘려 나감 → 펩신(활성형)

그리고 재미있는 일이 이어집니다. 일단 만들어진 펩신이 다른 펩시노젠을 잘라 펩신으로 만듭니다. 펩신이 자기 자신의 생산을 가속하는 거예요. 이것이 양성 되먹임입니다. 음성 되먹임이 값을 일정하게 붙잡는 장치라면, 양성 되먹임은 한번 시작하면 급격히 증폭시키는 장치입니다. 소량의 염산이 방아쇠를 당기면 위액 전체가 순식간에 활성 상태가 되는 거죠.

그러면 마지막 질문. 위벽 자체는 왜 안 녹습니까? 두 가지 장치 덕분입니다.

• 점액 — 점액세포가 분비한 두꺼운 점액층이 위벽을 덮어, 산과 펩신이 세포에 직접 닿지 못하게 합니다.
• 빠른 세포 교체 — 위 상피세포는 수명이 짧고 계속 새로 만들어집니다. 조금씩 손상되는 것을 교체로 감당하는 전략이에요.

이 방어가 무너지면 위벽이 실제로 자기 소화를 당합니다. 그게 위궤양이고, 여기에 헬리코박터 파일로리 감염이 관여한다는 사실이 밝혀지면서 치료법이 바뀌었습니다.

위에서 단백질은 폴리펩타이드까지만 분해됩니다. 아미노산까지 가지 않아요. 표에서 이 칸을 꼭 확인하세요. 위를 거친 죽 같은 상태의 내용물을 미즙이라 하고, 이것이 조금씩 소장으로 보내집니다.

세로로 외우면 세 줄이다 — 그리고 쓸개즙은 이 표에 없다 — 송쌤생명과학 자체 제작

소장 — 소화가 실제로 끝나는 곳

미즙이 십이지장에 들어오면 문제가 하나 있습니다. 강한 산성이라는 것. 소장의 효소들은 약염기성에서 일하니, 산을 먼저 중화해야 합니다.

그래서 이자액에는 중탄산이온이 들어 있습니다. 미즙의 산을 중화해 소장을 pH 7~8로 맞춰요. 효소 이야기를 하기 전에 pH부터 손보는 겁니다. 이 순서 자체가 구획화의 좋은 예입니다.

이자액의 효소는 세 영양소를 모두 담당합니다. 이게 이자액의 특징이에요.

• 이자 아밀레이스 — 위에서 멈췄던 녹말 분해를 이어받습니다. 엿당까지.
• 트립신·키모트립신 — 폴리펩타이드를 더 짧은 펩타이드로 자릅니다. 둘 다 비활성형으로 분비돼요. 트립시노젠은 소장 점막이 분비하는 효소에 의해 트립신으로 활성화되고, 그 트립신이 다시 키모트립신 등 다른 전구체를 활성화합니다. 이자 안에서 켜지면 이자 자신이 소화되기 때문이에요. 여기서도 같은 논리가 반복됩니다.
• 라이페이스 — 중성지방을 지방산과 모노글리세라이드로 자릅니다. 지방을 분해하는 효소는 실질적으로 여기서 처음 등장합니다.
• 뉴클레에이스 — 핵산을 뉴클레오타이드로 자릅니다.

쓸개즙은 효소가 아닙니다 — 최다 오답

학생들이 제일 많이 틀리는 자리입니다. "쓸개즙은 지방을 분해한다"라고 쓰면 틀립니다.

쓸개즙의 사실관계를 정확히 정리합시다.

질문	답
어디서 만드나	간에서 만든다
어디에 저장하나	쓸개에 저장하고 농축한다 (만드는 곳이 아님)
효소가 들었나	아니오. 소화효소가 없다
무슨 일을 하나	지방 덩어리를 작은 방울로 쪼갠다 — 유화
화학결합을 끊나	아니오. 물리적 변화일 뿐

왜 필요한지를 이해하면 헷갈리지 않습니다. 지방은 물에 녹지 않아 소장 안에서 큰 덩어리로 뭉칩니다. 라이페이스는 물에 녹는 효소라서 그 덩어리의 표면에만 닿을 수 있어요. 큰 덩어리 하나는 부피에 비해 표면적이 작으니, 대부분의 지방이 안쪽에 갇혀 손도 못 대고 지나갑니다.

쓸개즙의 쓸개즙산염은 한쪽은 물과 친하고 한쪽은 지방과 친한 구조입니다. 지방 방울 표면에 붙어 방울끼리 다시 뭉치지 못하게 막아요. 그 결과 큰 덩어리가 수많은 작은 방울로 흩어져 유지됩니다. 부피는 그대로인데 표면적이 폭발적으로 늘어나는 것이죠. 라이페이스가 달라붙을 자리가 그만큼 많아지니 분해 속도가 크게 올라갑니다.

이게 유화(emulsification)입니다. 기름 묻은 그릇에 세제를 풀면 기름이 작은 방울로 흩어지는 것과 같은 원리예요. 세제가 기름을 분해하지 않듯, 쓸개즙도 지방을 분해하지 않습니다.

그러니 답안에는 이렇게 쓰세요. "쓸개즙은 효소가 아니라 지방을 유화시켜 라이페이스의 작용 표면적을 넓히는 물질이다." 이 한 문장이 배점을 가릅니다.

소장 점막 효소 — 마지막 한 칼

이자액까지 거쳐도 아직 끝이 아닙니다. 탄수화물은 엿당 같은 이당류, 단백질은 짧은 펩타이드까지만 와 있어요. 흡수되려면 단당류와 아미노산이 돼야 합니다.

마지막 한 칼은 소장 상피세포의 막에 붙어 있는 효소들이 담당합니다. 소장 안쪽 공간으로 분비되는 게 아니라, 세포 표면에 박혀 있어요.

• 말테이스 — 엿당 → 포도당 + 포도당
• 수크레이스 — 설탕 → 포도당 + 과당
• 락테이스 — 젖당 → 포도당 + 갈락토스
• 펩티데이스 — 짧은 펩타이드 → 아미노산

효소가 흡수면에 붙어 있는 건 영리한 배치입니다. 잘리는 자리와 흡수되는 자리가 같으니, 단위체가 만들어지자마자 바로 세포로 들어갑니다. 중간에 잃어버릴 일이 없어요.

락테이스는 흥미로운 예입니다. 젖먹이 때는 누구나 활발하게 만들지만, 성장하면서 생산이 줄어드는 사람이 많습니다. 그러면 젖당이 분해되지 않은 채 대장으로 내려가고, 장내세균이 발효시켜 가스와 설사를 일으킵니다. 이게 유당불내증이에요. 병이라기보다 성인기까지 락테이스를 계속 만드는 쪽이 오히려 특정 집단에서 나타난 형질이라고 보는 편이 정확합니다. 목축을 오래 한 집단에서 그 빈도가 높다는 점이 자연선택의 사례로 자주 인용됩니다.

쌤 한마디 — 표를 통으로 외우려 하지 말고 세로로 외우세요. "탄수화물은 침 아밀레이스 → (위에서 중단) → 이자 아밀레이스 → 말테이스 → 포도당", "단백질은 펩신 → 트립신 → 펩티데이스 → 아미노산", "지방은 쓸개즙 유화 → 라이페이스 → 지방산+모노글리세라이드". 세 줄이면 끝납니다. 그리고 답안에서 자주 깎이는 세 지점을 기억하세요. ① 쓸개즙은 효소가 아니다 ② 위에서 단백질은 폴리펩타이드까지만 간다 ③ 지방 분해는 소장에서 처음 시작된다. 이 셋만 지켜도 이 단원 실점은 절반으로 줍니다.

정리하면

구강에서는 침 아밀레이스가 녹말을 엿당까지 자릅니다. 탄수화물만요. 식도는 효소 없이 연동운동으로 나릅니다. 위는 pH 2로 유지되며, 염산이 펩시노젠을 펩신으로 활성화하고 최적 pH를 만들고 살균·변성까지 담당합니다. 펩신은 단백질을 폴리펩타이드까지만 자릅니다.

단백질 분해효소를 비활성 전구체로 분비하는 이유는 자기 세포를 소화하지 않기 위해서입니다. 펩시노젠은 염산이 켜고, 그다음부터는 펩신이 펩시노젠을 켜는 양성 되먹임으로 증폭됩니다. 이자의 트립시노젠도 같은 논리예요.

소장에서는 이자액의 중탄산이온이 산을 중화해 pH 7~8을 만든 다음, 아밀레이스·트립신·라이페이스·뉴클레에이스가 세 영양소를 모두 처리합니다. 쓸개즙은 효소가 아니라 유화제로, 지방의 표면적을 넓혀 라이페이스를 돕습니다. 마지막으로 소장 점막의 막결합 효소들이 이당류와 짧은 펩타이드를 단당류·아미노산으로 끊습니다.

여기까지가 소화입니다. 이제 모든 영양소가 막을 통과할 수 있는 크기가 됐어요. 다음 글 소장의 흡수에서는 이것들이 실제로 몸 안으로 들어오는 과정을 봅니다. 그리고 거기서 영양소마다 가는 길이 갈립니다. 시험에 그대로 나오는 갈림길이에요.