ATP생성기전

해당과정은 세포질에서 일어나는 일련의 효소 반응으로, 한 분자의 글루코스를 두 분자의 피루브산으로 분해하는 과정이다. 이 과정은 산소 유무와 관계없이 진행되며, 순수하게 두 분자의 ATP와 두 분자의 NADH를 생성한다.

해당과정은 크게 에너지 투자 단계와 에너지 회수 단계로 나눌 수 있다. 투자 단계에서는 글루코스가 포스포글루코이소머아제 등의 효소에 의해 프럭토스-6-인산을 거쳐 프럭토스-1,6-이중인산으로 전환된다. 이 단계에서는 두 분자의 ATP가 소모되어 인산기가 공급된다. 이후 알돌레이스에 의해 해당 분자가 글리세르알데히드-3-인산과 다이하이드록시아세톤 인산으로 분해된다.

에너지 회수 단계에서는 글리세르알데히드-3-인산이 글리세르알데히드-3-인산 탈수소효소에 의해 1,3-비스포스포글리세르산으로 전환되며, 이때 NAD+가 환원되어 NADH가 생성된다. 이후 일련의 반응을 통해 1,3-비스포스포글리세르산과 포스포엔올피루브산에서 각각 한 번씩 기질수준 인산화가 일어난다. 이 단계에서는 총 네 분자의 ATP가 생성되며, 최종적으로 피루브산 두 분자가 남는다.

해당과정에서 순수하게 생성되는 ATP의 양은 1분자 포도당 당 2분자이다. 이는 해당과정의 총 ATP 생산량과 소비량을 계산하여 도출된다.

해당과정은 10단계의 효소 반응으로 이루어지며, 에너지 투자 단계와 회수 단계로 나뉜다. 에너지 투자 단계(1~5단계)에서는 2분자의 ATP가 소비된다. 반면, 에너지 회수 단계(6~10단계)에서는 4분자의 ATP가 기질수준 인산화를 통해 생성되고, 2분자의 NADH가 생성된다. 따라서 해당과정의 총 ATP 생산량은 4 ATP이며, 순생산량은 4 ATP - 2 ATP = 2 ATP이다.

생성된 2분자의 NADH는 미토콘드리아 내막을 통과하여 산화적 인산화 과정에 투입되어 추가적인 ATP를 생성할 수 있다. 그러나 NADH의 수송 방식에 따라 생성되는 ATP 양이 달라질 수 있다. 예를 들어, 글리세롤 3-인산 셔틀을 사용하면 NADH당 약 1.5 ATP, 말산-아스파르트산 셔틀을 사용하면 약 2.5 ATP가 생성된다[2]. 따라서 해당과정에서 생성된 NADH를 산화적 인산화에 활용할 경우, 순수 ATP 생성량은 2 ATP에 더해 NADH에서 유래된 ATP를 합산하게 된다.

시트르산 회로의 핵심은 미토콘드리아 기질에서 아세틸-CoA를 이산화탄소로 완전히 산화시키는 과정이다. 이 회로는 8단계의 효소 반응으로 구성되며, 아세틸기의 2개의 탄소 원자가 2분자의 CO2로 방출된다. 아세틸-CoA는 먼저 4탄소 화합물인 옥살아세트산과 결합하여 6탄소 화합물인 시트르산을 형성한다. 이후 일련의 탈수소화, 탈탄산, 재배열 반응을 거쳐 옥살아세트산이 재생성되어 회로가 순환한다.

아세틸-CoA의 산화 과정에서 직접적인 ATP 생성은 거의 일어나지 않는다. 대신, 주된 목적은 고에너지 전자를 생성하는 것이다. 각 회전마다 3분자의 NAD+가 NADH로 환원되며, 1분자의 FAD가 FADH2로 환원된다. 또한, 구아노신 삼인산과 유사한 고에너지 화합물인 GTP가 1분자 생성되는데, 이는 기질수준 인산화에 해당한다. GTP는 GDP와 무기 인산염으로부터 생성되며, 생성된 GTP는 쉽게 ATP로 전환될 수 있다.

이렇게 생성된 NADH와 FADH2는 전자전달계로 이동하여 그 안에 저장된 에너지를 산화적 인산화를 통해 다량의 ATP로 전환하는 데 사용된다. 따라서 시트르산 회로는 영양소 분해의 중간 산물을 최종적으로 CO2로 산화시키고, 이후 단계에서 활용될 전자 운반체를 생산하는 핵심적인 대사 중심지 역할을 한다.

시트르산 회로의 주요 목적은 아세틸-CoA에서 탄소 골격을 완전히 이산화탄소로 산화시키는 동시에, 후속 산화적 인산화 과정에서 ATP를 대량으로 합성하는 데 필요한 고에너지 전자를 생성하는 것이다. 이 회로는 8단계의 효소 반응으로 구성되며, 각 단계에서 NAD+와 FAD가 전자 수용체로 작용하여 각각 NADH와 FADH2로 환원된다.

이 과정에서 생성되는 고에너지 전자의 총량은 하나의 아세틸-CoA 분자가 회로를 한 번 순환할 때마다 다음과 같다.

생성된 NADH와 FADH2는 미토콘드리아 내막에 위치한 전자전달계로 이동한다. 이들 분자는 수소 원자와 전자를 운반하며, 전자전달계를 통해 전자를 최종 수용체인 산소 원자로 전달한다. 이 전달 과정에서 방출되는 에너지는 양성자 펌프의 구동력으로 사용되어 미토콘드리아 막간강에 양성자 기울기를 형성하며, 이 기울기는 ATP 합성효소가 ADP를 인산화하여 ATP를 생성하는 데 활용된다. 따라서 시트르산 회로는 ATP를 직접 많이 생산하지는 않지만, 전체 세포 호흡에서 ATP 생산의 90% 이상을 차지하는 산화적 인산화를 위한 핵심적인 전자 공급원 역할을 한다.

전자전달계는 미토콘드리아의 내막에 위치한 단백질 복합체들의 연속체이다. 이 복합체들은 시트르산 회로와 지방산 산화 과정에서 생성된 고에너지 전자 운반체인 NADH와 FADH2로부터 전자를 받아들인다. 전자는 일련의 산화환원 반응을 통해 복합체 I, III, IV를 거쳐 최종 전자 수용체인 산소로 전달되며, 이 과정에서 복합체 I, III, IV는 미토콘드리아 내막을 가로질러 양성자를 막간 공간으로 펌핑한다[8].

전자전달계의 주요 구성 요소는 다음과 같다.

전자의 흐름은 자발적이며 에너지를 방출하는 과정이다. 방출된 에너지는 양성자 기울기 형태로 저장된다. 이 기울기는 화학삼투설에 따라 ATP 합성효소를 통해 ATP를 합성하는 데 사용되는 직접적인 동력원이 된다. 전자전달계의 효율적인 작동은 산소의 지속적인 공급에 의존하며, 시안화물이나 일산화탄소 같은 저해제는 특정 복합체에 결합하여 전자 흐름과 ATP 생성을 차단할 수 있다.

ATP 합성효소는 전자전달계를 통해 생성된 양성자 기울기를 이용하여 ATP를 합성하는 효소 복합체이다. 이 효소는 미토콘드리아의 내막에 위치하며, F0와 F1이라는 두 개의 주요 부분으로 구성된다. F0 부분은 막을 관통하는 양성자 통로 역할을 하고, F1 부분은 막의 매트릭스 쪽으로 돌출되어 있으며 실제 ATP를 합성하는 촉매 부위를 가지고 있다.

효소의 작동은 회전 촉매 기전에 의해 이루어진다. 막 사이 공간에서 매트릭스 쪽으로 흐르는 양성자(H+)의 흐름이 F0 부분의 회전을 유발한다. 이 회전력은 F1 부분의 중심축(감마 서브유닛)을 회전시킨다. 중심축의 회전은 F1 부분의 3개의 촉매 부위(알파/베타 이합체)의 구조를 주기적으로 변화시킨다. 각 촉매 부위는 '느슨한', '긴장된', '열린' 상태를 순환하며, 이 구조 변화가 ADP와 무기 인산(Pi)으로부터 ATP를 합성하고 방출하도록 한다.

ATP 합성효소의 작동 효율은 매우 높다. 일반적으로 3-4개의 양성자가 매트릭스 쪽으로 유입될 때마다 하나의 ATP 분자가 합성된다[9]. 이 과정은 가역적이어서, 세포 내 ATP 농도가 매우 높고 양성자 기울기가 낮을 경우, 효소가 반대로 작동하여 ATP를 분해하고 양성자를 펌핑하여 기울기를 유지할 수도 있다.

화학삼투설은 산화적 인산화 과정에서 ATP가 합성되는 핵심 원리를 설명하는 이론이다. 이 이론은 1961년 영국의 생화학자 피터 미첼에 의해 제안되었으며, 그는 이 공로로 1978년 노벨 화학상을 수상했다[10].

이 이론에 따르면, 전자전달계를 통한 전자의 흐름은 미토콘드리아 내막을 가로질러 양성자(H⁺ 이온) 농도 기울기, 즉 양성자 기울기를 형성하는 데 사용된다. 전자전달 복합체들은 내막을 사이에 두고 막간 공간으로 양성자를 능동 수송하여, 막간 공간의 양성자 농도를 높이고 기질 내부의 농도를 낮춘다. 이렇게 생성된 농도 기울기와 전기화학적 기울기는 합쳐져 양성자 이동력을 형성한다.

형성된 양성자 이동력은 에너지원으로 작용한다. ATP 합성효소는 내막에 위치한 통로를 통해 양성자가 기질 쪽으로 유입되는 것을 허용한다. 이 양성자의 유입은 ATP 합성효소의 회전 운동을 유발하며, 이 기계적 에너지는 ADP와 무기 인산으로부터 ATP를 합성하는 데 직접 사용된다. 따라서, 화학삼투 과정은 전자전달에 의한 산화 에너지를, 먼저 양성자 기울기라는 형태의 삼투 에너지로 변환한 후, 최종적으로 ATP의 고에너지 인산 결합에 화학 에너지로 저장한다.

이 기전은 광합성의 명반응에서 엽록체의 틸라코이드 막을 가로질러 ATP를 생성할 때도 동일한 원리로 작동한다.

해당과정에서의 기질수준 인산화는 포도당 분해 초기 단계에서 직접적으로 ATP를 생성하는 과정이다. 이는 해당과정의 10단계 반응 중 두 군데에서 일어나며, 인산화된 기질에서 ADP로 인산기가 직접 전달되는 방식으로 진행된다.

첫 번째 기질수준 인산화는 7번째 단계인 1,3-비스포스포글리세르산에서 3-포스포글리세르산으로의 전환 과정에서 일어난다. 이 반응은 포스포글리세르산 키네이스에 의해 촉매된다. 1,3-비스포스포글리세르산의 고에너지 인산기가 ADP로 전달되어 ATP 한 분자가 생성된다. 두 번째는 10번째이자 마지막 단계인 포스포엔올피루브산에서 피루브산으로의 전환 과정에서 발생한다. 이 반응은 피루브산 키네이스에 의해 촉매되며, 포스포엔올피루브산의 고에너지 인산기가 다시 ADP로 전달되어 또 하나의 ATP 분자가 합성된다.

이 두 단계의 반응은 각각 하나의 ATP를 생성하므로, 한 분자의 포도당으로부터 시작된 해당과정에서는 총 두 분자의 ATP가 순수하게 생성된다. 그러나 해당과정 초기에는 포도당을 활성화시키기 위해 두 분자의 ATP가 소모되므로, 순수 ATP 생성량은 분자당 두 개가 된다. 이렇게 생성된 ATP는 세포의 즉각적인 에너지 요구를 충당하는 데 기여한다.

시트르산 회로에서 기질수준 인산화는 회로가 한 바퀴 돌아가는 동안 두 번 발생합니다. 이 과정은 고에너지 인산 결합을 가진 기질이 ADP에 인산기를 직접 전달하여 ATP를 합성하는 방식입니다. 시트르산 회로는 주로 NADH와 FADH2 같은 환원된 전자 운반체를 생성하는 것이 주요 목적이지만, 이 직접적인 ATP 합성도 중요한 에너지 획득 경로입니다.

구체적으로, 첫 번째 기질수준 인산화는 숙시닐-CoA가 숙시네이트로 전환되는 단계에서 일어납니다. 이 반응은 숙시닐-CoA 합성효소에 의해 촉매됩니다. 고에너지 티오에스터 결합을 가진 숙시닐-CoA는 가수분해되며 방출되는 에너지가 GDP의 인산화를 유도하여 GTP를 생성합니다. 생성된 GTP는 이후 뉴클레오사이드 이인산 키네이스 효소에 의해 ATP로 전환됩니다[12].

두 번째 기질수준 인산화는 회로의 말미, 말산이 옥살아세트산으로 재생산되는 단계에서 간접적으로 발생합니다. 이 과정 자체에서 ATP가 직접 생성되지는 않지만, 회로의 시작 물질인 옥살아세트산을 재생성함으로써 아세틸-CoA의 지속적인 산화와 이에 수반되는 기질수준 인산화 및 고에너지 전자 생성이 가능해집니다. 따라서 시트르산 회로 한 회전당 기질수준 인산화를 통한 순수 ATP 생성량은 1분자입니다.

세포의 에너지 상태는 주로 ATP, ADP, AMP의 농도 비율, 특히 에너지 충전으로 알려진 매개변수에 의해 결정된다. 이 에너지 상태는 해당과정, 시트르산 회로, 산화적 인산화 등 ATP 생성 경로의 주요 효소들을 직접적으로 조절한다.

높은 ATP 농도와 낮은 ADP/AMP 농도는 세포가 에너지가 풍부함을 의미하며, 이는 ATP 생성 경로를 억제하는 신호로 작용한다. 예를 들어, 해당과정의 핵심 조절 효소인 포스포프럭토키네이스-1는 ATP에 의해 알로스테릭 억제를 받는다. 반대로, ADP와 AMP는 이 효소를 활성화시켜 해당과정을 촉진한다. 시트르산 회로에서도 아세틸-CoA와 옥살아세트산의 축합을 촉매하는 시트르산 합성효소는 ATP에 의해 억제된다. 또한, 이소시트르산 탈수소효소와 알파-케토글루타르산 탈수소효소 복합체는 높은 ATP/ADP 비율에 의해 억제되어 회로의 진행 속도를 늦춘다.

에너지 상태는 산화적 인산화의 속도도 결정한다. 이 과정은 전자전달계와 ATP 합성효소를 통해 진행되는데, ADP의 유용성이 주요 속도 결정 인자이다. 미토콘드리아 내막의 ATP 합성효소는 기질인 ADP와 무기 인산(Pi)이 충분할 때 최대 속도로 작동한다. 세포가 에너지를 소비하여 ADP 농도가 증가하면, 이는 ATP 합성효소를 활성화시키고 전자전달 속도를 가속화시켜 ATP 생산을 증가시킨다. 이와 같은 조절을 통해 세포는 에너지 공급과 수요를 실시간으로 정밀하게 일치시킨다.

인슐린은 혈당 수치가 상승할 때 췌장의 베타 세포에서 분비된다. 이 호르몬은 세포막의 글루코스 수송체를 세포막 표면으로 이동시켜 포도당의 흡수를 촉진한다. 포도당 유입이 증가하면 해당과정의 속도가 빨라지고, 결과적으로 ATP 생성 경로의 전구물질 공급이 증가한다. 또한 인슐린은 해당과정과 지방산 합성에 관여하는 효소들을 활성화시키는 방향으로 작용한다.

반면, 글루카곤은 혈당 수치가 낮을 때 췌장의 알파 세포에서 분비된다. 글루카곤은 간에서 당생성과 글리코젠 분해를 촉진하여 혈당을 높이는 역할을 한다. 이는 에너지원으로 포도당의 이용을 우선시하는 효과를 가져온다. 에피네프린(아드레날린)은 스트레스나 운동 시 부신 수질에서 분비되며, 글루카곤과 유사하게 당분해와 지방 분해를 급격히 촉진하여 빠른 에너지 공급을 유도한다.

장기적인 에너지 균형과 대사 조절에는 갑상선 호르몬이 중요한 역할을 한다. 갑상선 호르몬은 기초 대사율을 전반적으로 증가시키며, 미토콘드리아의 수와 활성을 높여 산화적 인산화를 촉진한다. 코르티솔과 같은 글루코코르티코이드는 스트레스에 대응하여 단백질 이화작용을 증가시키고, 당생성을 촉진하여 에너지 공급을 유지하려 한다.

이러한 호르몬들은 상호작용하며 신체의 에너지 상태, 섭취한 영양소, 스트레스 수준에 따라 ATP 생성 경로의 활성을 정교하게 조절한다.

탄수화물, 특히 포도당은 대부분의 세포에서 ATP 생성을 위한 주요 기질이다. 포도당은 소화 과정을 거쳐 흡수된 후 혈액을 통해 세포로 운반되며, 세포 내에서 해당과정, 시트르산 회로, 산화적 인산화를 거쳐 효율적으로 ATP로 전환된다. 포도당 1분자는 이론적으로 약 30-32개의 ATP 분자를 생성할 수 있다[17]. 이는 탄수화물이 신속하고 비교적 산소 효율이 높은 에너지원임을 의미한다.

뇌와 적혈구는 특히 포도당에 의존적이다. 뇌는 일반적으로 포도당을 유일한 에너지원으로 사용하며, 혈중 포도당 농도는 항상성 유지를 위해 엄격하게 조절된다. 적혈구는 미토콘드리아가 없어 산화적 인산화를 수행할 수 없으므로, 해당과정만을 통한 무산소 대사로 ATP를 생성한다. 이 과정에서는 포도당 1분자당 순수하게 2 ATP가 생성된다.

탄수화물은 글리코젠 형태로 간과 근육에 저장되어 필요할 때 빠르게 동원될 수 있다. 간 글리코젠은 혈당 유지에 기여하는 반면, 근육 글리코젠은 해당 근육의 운동 에너지로 직접 사용된다. 충분한 탄수화물 섭취는 단백질의 이화작용을 방지하고, 지방의 완전 산화를 돕는 역할도 한다. 탄수화물이 부족하면 체내에서는 글루코네오제네시스 경로가 활성화되어 주로 아미노산 등으로부터 포도당을 새로 합성하게 된다.

지방은 중성지방 형태로 체내에 저장되는 고밀도 에너지원이다. 지방산은 지방산 산화 과정을 통해 아세틸-CoA로 전환되어 시트르산 회로와 산화적 인산화를 통해 다량의 ATP를 생성한다. 탄수화물과 달리 지방은 소수성이며, 무수 상태로 저장되므로 같은 무게당 더 많은 에너지를 공급한다. 이는 지방이 장기간의 운동이나 금식 시 주요 연료로 사용되는 이유이다.

지방산의 ATP 생성 효율은 탄수화물보다 높다. 예를 들어, 16개의 탄소를 가진 팔미트산 한 분자는 완전 산화 시 약 106분자의 ATP를 순생성한다[18]. 이 과정은 베타 산화, 시트르산 회로, 전자전달계를 포함한다. 지방산은 먼저 아실-CoA로 활성화된 후, 미토콘드리아 내에서 베타 산화를 거쳐 아세틸-CoA를 생성한다. 생성된 아세틸-CoA는 시트르산 회로로 들어가고, 여기서 생성된 NADH와 FADH2는 전자전달계를 통해 ATP 합성을 이끈다.

지방의 분해와 이용은 신체의 에너지 수요와 호르몬 신호에 의해 엄격히 조절된다. 글루카곤과 에피네프린 같은 호르몬은 지방 조직 내 지방 분해를 촉진하여 지방산을 혈류로 방출한다. 반면, 고혈당과 인슐린은 지방 분해를 억제하고 지방 저장을 촉진한다. 충분한 산소 공급이 이루어질 때 지방산 산화는 효율적으로 진행되지만, 산소가 부족한 조건에서는 불완전 대사 산물이 축적될 수 있다.

단백질은 주로 조직 구성과 효소 기능에 사용되지만, 에너지원으로도 활용될 수 있다. 단백질이 ATP를 생성하는 경로는 직접적이지 않으며, 먼저 아미노산으로 분해되어야 한다. 이 과정은 글루코네오제네시스나 시트르산 회로에 중간체로 진입하는 방식으로 이루어진다.

아미노산은 탈아미노화 과정을 거쳐 탄소 골격으로 전환된다. 이 탄소 골격은 해당 아미노산의 종류에 따라 피루브산, 아세틸-CoA, 시트르산 회로의 중간체(예: 옥살아세트산, 알파-케토글루타르산) 등 다양한 형태로 대사 경로에 합류한다. 예를 들어, 알라닌은 피루브산으로, 류신은 아세틸-CoA로 전환된다. 이렇게 생성된 중간체들은 이후 시트르산 회로와 산화적 인산화를 통해 ATP를 생성하거나, 포도당 신생합성의 전구체로 사용된다.

단백질을 통한 에너지 생산은 일반적인 조건보다는 기아 상태나 장기간의 격렬한 운동 시에 두드러진다. 신체는 탄수화물과 지방 저장고가 고갈되면 근육 단백질을 분해하여 에너지 수요를 충당한다. 이는 효율적인 과정이 아니며, 근육량 손실과 같은 부작용을 동반한다. 따라서 균형 잡힌 영양 공급은 단백질이 본래의 구조적, 기능적 역할에 전념할 수 있도록 하여 에너지 대사 효율을 유지하는 데 중요하다.

ATP 생성 경로의 이상은 다양한 대사 질환을 초래한다. 이러한 질환들은 주로 해당과정, 시트르산 회로, 지방산 산화 또는 산화적 인산화를 담당하는 효소의 선천적 결핍 또는 기능 장애로 인해 발생한다. 이는 세포의 에너지 공급에 심각한 장애를 일으켜, 특히 에너지 요구량이 높은 조직인 뇌, 심장, 골격근 등에 주로 증상이 나타난다.

해당과정의 장애로는 피루브산 탈수소효소 복합체 결핍증이 대표적이다. 이는 피루브산이 아세틸-CoA로 전환되지 못하게 하여 시트르산 회로로의 진입을 막는다. 결과적으로 젖산성 산증과 신경학적 장애가 발생한다. 시트르산 회로 자체의 이상은 비교적 드물지만, 푸마르산의 대사 이상과 관련된 질환이 알려져 있다.

지방산 산화 과정의 결함은 중쇄 아실-CoA 탈수소효소 결핍증(MCAD)과 같은 질환을 유발한다. 지방을 에너지원으로 사용하지 못하게 되어 금식 시 저혈당과 함께 급성 대사 위기를 초래할 수 있다. 미토콘드리아병은 산화적 인산화, 즉 전자전달계나 ATP 합성효소의 기능 장애를 포괄하는 질환군이다. 이는 근육 약화, 발달 지연, 신경병증, 다기관 장애 등 매우 다양한 증상을 보인다.

이러한 질환의 치료는 제한적이며, 주로 증상 관리와 대사 위기 예방에 초점을 맞춘다. 치료법에는 특정 효소 결핍을 우회하는 대체 연료 공급(예: 중쇄 트리글리세리드 유제), 코엔자임 Q10과 같은 보조 인자 보충, 그리고 에너지 요구를 줄이기 위한 식이 조절 등이 포함된다. 근본적인 치료를 위한 유전자 치료 연구가 진행 중이다.

영양소의 결핍은 ATP 생성 경로의 기질 또는 보조 인자 공급을 방해하여 세포의 에너지 생산을 저해한다. 주요 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질뿐만 아니라 비타민과 무기질도 ATP 합성에 필수적인 역할을 한다. 예를 들어, 해당과정과 시트르산 회로는 여러 종류의 비타민 B군을 보조 인자로 필요로 한다. 이러한 영양소가 부족하면 대사 경로가 정상적으로 진행되지 못해 ATP 생산량이 감소한다.

탄수화물 결핍은 혈중 포도당 수준을 낮추어 해당과정의 주요 기질 공급을 차단한다. 이는 글리코젠 저장고를 고갈시키고, 체내는 지방산이나 아미노산을 에너지원으로 사용하게 만든다. 그러나 극단적인 탄수화물 결핍 상태인 케톤증이 장기화되면, 뇌를 포함한 일부 조직에 에너지 공급 문제가 발생할 수 있다. 지방 섭취의 장기적 부족은 아세틸-CoA의 주요 공급원이 줄어들어 시트르산 회로의 가동률을 떨어뜨린다.

비타민과 무기질 결핍은 보다 직접적으로 효소 기능을 마비시킨다. 다음 표는 ATP 생성에 관여하는 주요 보조 인자와 결핍 시 영향을 정리한 것이다.

단백질-에너지 영양실조는 ATP 생성을 위한 효소 단백질 자체의 합성 부족을 초래한다. 또한, 철분 결핍은 헴 단백질 합성을 방해하여 전자전달계의 사이토크롬 기능을 저하시킨다. 이러한 영양 결핍 상태가 지속되면 피로, 무기력, 근력 약화, 성장 지연 등 에너지 부족의 전신적 증상이 나타나며, 심장과 뇌 같은 고에너지 소비 기관의 기능 장애로 이어질 수 있다.