자동차가 움직이려면 연료인 휘발유가 필요하듯이 인체가 운동하기 위해서는 반드시 ATP라는 에너지원이 필요하다. 에너지는 일을 할 수 있는 힘으로 정의되며, 자발적 근육운동뿐만 아니라 순환, 호흡, 소화 등의 무의식적 작용과 새로운 조직 형성, 체온 유지 등의 생명현상 유지를 위해 소모된다.
에너지 대사는 생물체 내에서 일어나고 있는 에너지 방출, 전환, 저장 및 이용의 모든 과정을 말한다. 생물은 생활에 필요한 에너지를 이 유기물의 분해를 통해 획득하므로 에너지 대사는 곧 물질대사와 같은 의미로 해석할 수 있다. 식물은 태양에너지를 이용해 합성한 유기물을 분해하여 나오는 에너지로 ATP를 합성하고 세포 내에 저장해 두었다가 에너지 수요에 따라 ATP를 분해해 그때 방출되는 에너지를 사용하게 된다. 하지만 사람은 광합성 능력이 없으므로 섭취한 유기물을 체내에서 분해에 그때 방출되는 에너지에 의해 세포 내 저장하고 필요에 따라 ATP를 분해해 각종 활동에 사용하게 된다. 인체에서 ATP는 근육수축, 신경세포에서 흥분의 전도, 물질 합성 등 살아있는 세포에서 다양한 생명 활동을 수행하기 위해 에너지를 공급하는 유기 화합물이다. ATP는 종종 세포 내 에너지 전달의 “분자 단위의 에너지 화폐”라고 불리기도 한다. ATP는 아데닌의 9번 질소 원자와 리보스의 1 탄소 원자가 서로 연결되어 있고, 리보스의 5 탄소 원자에 삼인산이 연결되어 있다.
ATP는 카를로만과 옌드라시크에 의해 1929년에 발견되었고, 이와 별도로 사이러스 피스크와 옐라프라가 다 수바로의 의해 발견되었다.
ATP의 생화학적 기능은 여러 가지가 있는데 그 중 첫 번째는 세포 내에 신호를 전달하는 것이다. 인산기를 전달하는 효소인 키네이스의 기질 여갈을 함으로써 신호전달에 관여하는데, 키네이스는 가장 일반적인 ATP-결합 단백질이다. 키네이스에 의한 단백질의 인사화는 미토젠 활성화 단백질 키네이스 캐스케이드를 활성화할 수 있다.
두 번째는 DNA와 RNA의 합성이다. 세 번째는 단백질 합성에서 아미노산을 활성화하는 것이다. 또한 세포 외 신호전달 및 신경전달을 한다. 세포는 푸린 작동성 신호전달이라고 불리는 과정에서 다른 세포와 연락하기 위해 ATP를 분비하는데 신경계의 많은 부분에서 신경전달물질로 작용하고 혈관의 산소 공급 등에 영향을 미친다.
인체에 필요한 에너지원은 무엇이며 어떻게 만들어지는지 그리고 단기간과 장기간에 따라 훈련 방법은 어떻게 다르게 수립되어야 하는 가를 이해해야 한다. 인체는 탄수화물, 지방, 단백질 등 음식물을 섭취하고 해당과정을 통해 형성된 물질을 통해 에너지원으로 사용된다. 이 과정에서 물질대사 과정의 경로를 이해가 필요하다. 간단한 물질을 화학적 변화를 통해 합성하는 과정인 동화작용은 에너지를 흡수하는 것을 의미한다. 반대로 복잡한 물질을 간단하게 분해하는 과정을 이화작용이라고 하며, 에너지 방출을 의미한다.
인체의 직접적인 에너지원은 ATP라는 화학 물질이다. 운동은 근육 속에 비축된 ATP가 분해되면서 생성되는 에너지에 의해 근육이 수축함으로써 이루어지게 된다. 근수축 작용은 음식물 섭취에 의해 전환되는 화학적 에너지가 기계적 에너지로 전환된 것이다. 에너지 시스템의 일반적인 특성은 화학적 연료, 산소 이용 여부, 반응속도, ATP 총생산량에 의해 비교된다.
에너지를 공급하는 방법은 ATP-PC 시스템, 젖산 시스템, 산소 시스템으로 분류할 수 있는데 중 가장 오랜 시간 ATP를 많이 만들어 내는 방법은 산소 시스템이다. 산소 시스템은 유산소성 해당작용, 크렙스 사이클, 전자 전달계의 3단계로 구분할 수 있다. 포도당을 피루브산으로 분해하는 과정에서 산소가 풍부할 때는 포도당 분해에서 8 분자의 ATP가 생기고, 산소가 없는 상태에선 2 분자의 ATP가 생긴다.
유산소성 시스템은 미토콘드리아 내에서 일어나며, 유산소성 해당과정을 거쳐 ATP를 형성하는 시스템으로 에너지원으로 탄수화물, 지방, 단백질을 사용하게 된다. 특징은 대부분 인체 대사에 사용하는 에너지를 재합성하고, 지구성 운동의 주 에너지 공급체계이다. 유산소 시스템은 미토콘드리아 내부에서 산소를 동원하고 많은 효소가 활성이나 복잡한 과정들로 인해 빠르기 측면에서는 무산소 시스템보다 불리하지만 에너지 제공의 양적인 측면에서는 유리한 시스템이다.
크렙스 싸이클이란, acetyl-CoA와 같이 2- 탄소 분자가 필요하며, 탄수화물, 지방, 단백질의 분해로 형성된다. 포도당 분자가 해당과정에 사용될 때마다 2개의 피로 빅 염분 자가 형성되며 산소가 있을 경우에는 acetyl-CoA로 전환된다. 즉 개개의 포도당 분자는 크랩스 사이클을 두 번 수행 가능 하다. 주 기능은 대사 과정에 관여하는 여러 기질로부터 수소이온을 제거하고 이 과정에서 발생한 에너지를 활용하는 것이다.
전자전달체계란 단계를 거쳐 전자를 제거하며 ATP 생산을 위해 에너지를 제공하는 것이다. 크렙스 사이클을 거치는 동안 생성된 수소이온과 전자가 산소와 결합해 물을 형성하게 된다. ATP의 형태로 저장되고 남은 에너지 60%는 열의 형태로 세포 내에 발산되는데, 이것이 생물의 체온유지 등에 쓰인다. 위와 같은 에너지 대사 경로는 중간 과정에서 약간의 차이는 있지만 거의 모든 생물에서 공통으로 나타난다.
일반사람과 다르게 운동선수에게는 종목의 특성에 따라 짧은 시간에 폭발적인 파워를 발휘할 수 있도록 하는 훈련이나, 장시간에 걸쳐 지속이 가능한 힘을 발휘할 수 있도록 훈련을 시킬 때, 어떠한 에너지 동원체계를 주로 강화해야 하는지 이해하는 것이 중요하다.