Cellular Respiration
1 개요
유기 물질을 산화시켜 나오는 에너지로 ATP를 합성하는 과정. 유산소 세포호흡의 경우 포도당 하나가 쪼개지면 이산화탄소 6개, 물 6개 [1]가 나오고, 38개의 ATP를 만들어낸다. 진핵생물의 경우에는 해당 과정에서 생성된 피루브산을 미토콘드리아 내부로 이동시켜야 하기 때문에 그 과정에서 ATP가 두개 소모되어 포도당 1분자당 ATP 36개가 만들어진다. 무산소 세포호흡의 경우 달랑 2개의 ATP를 만들어낸다.
고등학교에서는 생명 과학Ⅱ에서 그 내용을 배운다.
2 설명
세포 호흡은 크게 3가지로 나눌 수 있다.
1. 해당 작용 : 포도당을 피루브산 2분자로 쪼갠다.
2. TCA 회로 : 피루브산에서 다음 단계로 보낼 수소를 꺼내는 과정이다. 이 과정에서 피루브산이 산화되어 각종 유기산들이 되면서 CO2가 나온다.
3. 산화적 인산화 : 전 단계에서 나온 NADH와 FADH2를 이용하여 ATP를 합성한다.
2.1 해당과정
Glycolysis
해당과정은 한 글루코스 분자가 두 개의 피루브산으로 쪼개어지는 과정이며, 2개의 ATP를 형성하기도 한다. 또한 2개의 NAD+를 NADH로 만들어내는 중요한 역할을 한다. 이를 좀 자세하게 설명하자면 한 글루코스 분자가 들어간 이후에 세포질에서 일어나는 반응인데, 여기서 과정을 또 크게 4가지로 나눌 수 있다.
- 인산화 반응: 글루코스 (혹은 아무런 헥소스)가 두 개의 ATP에 의하여 인산화가 일어나며, 헥소스 이인산 (Hexose Biphosphate)이 생겨난다. 여기서 ATP를 2개 소모하고, 이를 투자기라고도 한다.
- 분해: 헥소스 이인산이 둘로 나뉘어져서 트라이오스 인산 (Triose Phosphate)을 만들어 낸다.
- 산화 반응: 수소 분자가 트라이오스 인산에서 떨어져 나가고, 이 과정에서 총 2개의 NAD가 NADH로 비산화 된다.
- ATP 형성: 4개의 ATP 분자가 2개의 트라이오스 인산을 피루빈산으로 만드는 과정에서 형성된다. 이를 회수기라고도 한다.
결과적으로 총 2개의 ATP[2]와 2 개의 NADH, 그리고 2개의 피루브산이 만들어지게 되는 것이다.
2.2 피루브산 탈탄산화
Link Reaction
Link Reaction은 간단한 반응으로, 그저 피루브산 하나가 세포기질에서 미토콘드리아 내부로 들어온다. 이때 NADH를 하나 더, 산화 반응을 통해 만들어내고.
피루브산은 이산화 탄소의 형태로 탄소 입자 하나가 탈락한다. TCA회로가 산소를 직접적으로 사용하는 호흡 과정이 아니지만 이 탈탄산 반응 때문에 산소를 필요로 한다. 그리고 나머지 2개의 탄소로 구성된 분자는 조효소 A와 화합하여서 아세틸 조효소 A (Acetyl CoA)를 만들어 낸다.
2.3 TCA 회로
시트르산을 분해해 NADH, FADH, 이산화 탄소, ATP를 생성하는 과정. 자세한 내용은 TCA 회로 참조.
2.4 산화적 인산화
NADH와 FADH의 전자를 이용해 미토콘드리아 막간공간과 내막 사이의 수소이온 농도차를 만들어, 화학삼투로 ADP 에 인산을 붙여. ATP를 만드는 과정.