세포호흡과 ATP 생성에 관한 기초지식!!

[문형철]

모르는 것을 모른다고 말하고

무엇을 모르는지

무엇을 알고 싶은지

얼만큼 알고 싶은지 

어떻게 응용할 것인지를 정확히 결정하는 것

exercise physiology

운동(유산소 운동과 저항운동)후 인체의 변화

그것이 알고 싶다!!

크렙스 회로는 시트르산 회로라고도 하며 이의 주요기능은 수소를 운반하는 NAD+와 FAD를 사용하여 탄수화물, 지방, 단백질의 수소이온을 제거하여 산화시키는 것임. 수소이온을 제거하는 과정이 중요한 이유는 수소이온이 전자를 갖고 있어서 음식물이 분해될때 잠재적 에너지를 낼 수 있기 때문임. 이 에너지는 전자전달체계를 이용하여 ADP+Pi와 결합하여 ATP를 생성함. 이와같이 유산소성 과정으로 ATP가 생성되는 과정을 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)라 함. 유산소성 ATP를 생산하는 과정은 그림 3.17과 같이 3단계로 생각할 수 있음. 1단계는 아세틸 조효소 A라는 2-탄소분자의 생성, 2단계는 크렙스 회로내에서 아세틸조효소 A의 산화임. 3단계는 호흡체계인 전자전달체계와 산화적 인산화로 인한 ATP생성과정임. 

1) 호흡의 정의

호흡은 생명체가 영양소를 분해하여 생활에 필요한 에너지를 얻는 작용을 호흡이라고 한다. 세포의 호흡은 세포내 여러 단계의 산화 과정을 거쳐 분해 되는 복잡한 과정으로 해당과정, TCA회로, 전자 전달계의 과정을 거친다. 세포에 들어간 포도당은 세포질에서 해당 과정을 거친 후 미토콘드리아로 들어가 완전히 이화된다.

확장개념

1) 해당 과정

1분자의 포도당(C₆)으로부터 피루브산(C₃) 2분자를 만드는 과정으로 2ATP와 2NADH₂가 생성된다. 해당과정은 산소 없이도 일어나는 무기, 유기 호흡의 공통 과정이며 세포질에서 일어나므로 해당 과정에서 생긴 2ATP는 기질수준의 인산화라고 한다. 2NADPH₂를 만드는 과정에서 탈수소효소가 관여한다.

2) TCA회로

피루브산이 미토콘드리아로 들어가 산소를 소비하여 분해되는 과정을 TCA회로라 한다. 이 과정에서 탈수소 효소와 탈탄산 효소와 조효소A가 관여하고 수소(2H)가 떨어져 나온다.

1분자의 피루브산이 TCA회로를 거치는 동안 1ATP와 3분자의 이산화탄소가 생성된다. 피루브산이 가지고 있던 H는 탈수소 효소에 의해 NAD와 FAD에 결합되어 4NADH₂와 1FADH₂를 생성한다. 4NADH₂와 1FADH₂는 전자 전달계로 들어가 산화되어 ATP를 생성한다.

TCA 회로는 시트르산회로 또는 크랩스회로 라고 하며 미토콘드리아의 기질에서 일어나며 산소가 필요한 반응이다.

3) 전자 전달계

해당 과정과 TCA회로에서 생성된 NADH₂와 FADH₂의 수소와 전자는 전자 전달계의 효소를 차례로 거치면서, 산화 환원되어 ATP를 생성한다. 마지막에는 산소와 결합하여 물이 되는데 이를 전자 전달계라고 한다.

한 분자의 NADH₂는 3분자의 ATP와 1분자의 H₂O를 생성한다. 한 분자의 FADH₂는 2분자의 ATP와 1분자의 H₂O를 생성한다. 전자 전달계에서 전자의 마지막 수용체는 산소이다. 그리고 이 때 전자를 받은 산소는 FADH₂에서 이탈된 두 수소 이온과 결합하여 물을 생성한다. 전자 전달계는 산화적 인산화 반응이며 따라서 반드시 산소가 필요하다. 이 과정에 관여하는 효소는 전자 전달계 효소로 전자 친화도가 높을수록 에너지를 방출하므로 에너지 준위는 낮아진다.

4) 세포 호흡에서의 ATP 생성

1분자의 포도당이 세포 호흡을 거치는 동안 해당 과정에서 2ATP, TCA회로에서 2ATP, 전자 전달계에서 34ATP가 생성되므로 총 38ATP가 생성된다.

3. 관련 지식

1) 호흡 기질

탄수화물이 주로 에너지 원으로 이용되나 단백질이나 지방도 호흡기질로 산화되어 해당 과정과 TCA회로를 거친다.

(1) 지방 : 지방은 지방산과 글리세롤의 형태로 분해된 후 지방산은 활성 아세트산으로 되어 TCA회로로 들어가고, 글리세롤은 피루부산의 형태로 변형되어 TCA회로로 들어간다.

(2) 단백질 : 단백질은 아미노산으로 분해되어 탈아미노기되어 유기산의 형태로 TCA회로로 들어간다.

2) 호흡률

유기 호흡(산소를 필요로 하는 호흡)과정에서 호흡기질을 분해할 때 소비되는 O₂의 양에 대한 방출되는 CO₂의 양의 비, 즉 CO₂의 양/O₂의 양을 호흡률이라 한다.

(예) (탄수화물 : 1.0), (지방 : 0.7), (단백질 : 0.8) 호흡률을 알면 호흡기질을 알 수 있다.

[문형철]

세포의 호흡은 세포내 여러 단계의 산화 과정을 거쳐 분해 되는 복잡한 과정으로 해당과정, TCA회로, 전자 전달계의 과정을 거친다. 세포에 들어간 포도당은 세포질에서 해당 과정을 거친 후 미토콘드리아로 들어가 완전히 이화된다

[문형철]

1분자의 포도당(C6)으로부터 피루브산(C3) 2분자를 만드는 과정으로 2ATP와 2NADH2가 생성

[문형철]

피루브산이 미토콘드리아로 들어가 산소를 소비하여 분해되는 과정을 TCA회로