생명과학 ② 5-3. 유산소 호흡, TCA회로, 전자전달계

▎생명과학 ② 5-3. 유산소 호흡, TCA회로, 전자전달계

3. 산소를 이용하여 일어나는 과정 (유산소 호흡 과정)

해당 작용을 통해 생성된 피루브산이 산소가 충분할 때 미토콘드리아로 들어가 거치는 회로와 전자 전달계를 말한다.

1)회로 ( 크랩스 회로, 시트르산 회로 )

세포질에서 해당과정을 거쳐 생산된 피루브산은 미토콘드리아로 유입되어 활성 아세트산으로 변화된 후회로로 들어와서 미토콘드리아의 기질에 있는 탈탄산 효소와 탈수소 효소에 의해와로 산화되어 분해된다.

① 과정

ⓐ 피루브산의 활성화 : 피루브산은 탈탄산 효소와 탈수소 효소에 의해와 수소를 잃고, 조효소와 결합하여 활성 아세트산이 된다.

ⓑ 회로의 최초 생성물인 시트르산 형성 : 활성 아세트산은 미토콘드리아에 이미 존재하고 있던 옥살아세트산과 결합하여 시트르산이 된다.

② 특징

ⓐ 한 분자의 피루브산이 탈탄산 효소에 의해 로 완전 분해된다.

ⓑ 탈수소 효소에 의해와가 생성된다.

③회로의 전 과정 : 포도당 한 분자에서 생성된 피루브산2분자가 완전 분해되어 와가 생성된다.(회로는 한 번에 한 분자의 활성아세트산이 유입되므로 포도당 한 분자를 산화시키기 위해서는 회로가 두 번 진행되어야 한다.)

[회로 정리 ]

1. 회로의 각 단계는 각각 특정한 효소에 의한 촉매작용을 받는다. 미생물을 제외한 동식물에서는 이들 효소 및 생성된 에너지를 적절히 이용하는 데 관련된 단백질들이 미토콘드리아라 있다.

2. 에너지 이용에 관련된 효소들은 반응 순서가 자연스럽고 빠르게 일어나며, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있도록 배열되어 있다. 미생물에서는 이러한 효소들이 세포막에 배열되어 있다. 회로는 물질대사에서 가장 중요한 화합물 중의 하나인 아세틸조효소(acetyl coenzyme A / Acetyl Co A)가 옥살아세트산과 반응하여 시트르산을 생성하기 시작된다. 아세틸조효소에서 2개의 탄소로 된 아세틸기는 당, 지방산, 글리세롤의 불완전 산화에 의해 가장 자주 나타나는 생성물이다.

3. 연속되는 효소의 촉매반응에서 10개의 중간생성물이 만들어지는데, 즉 시스-아코니티산, 시트르산, 옥살아세트산, α-케토글루타르산과 이산화탄소, 숙신산과 이산화탄소와 아데노신삼인산(adenosine triphosphate/ATP), 푸마르산, 말산이 이에 해당한다. 이들 가운데 많은 중간 산물들은 세포에 의해 합성되는 화합물에 탄소를 공급하기 위해 이용된다.

4. 이 회로는 말산이 옥살아세트산으로 전환되면서 끝나 새로운 회로를 시작하게 된다. 이 회로는 1번의 순환으로 옥살아세트산을 재형성하고 2분자의 이산화탄소와 1분자의 ATP를 생성한다. 순환과정에서 형성된 중간화합물로 부터 이탈한 수소원자는 전자전달계를 통해 최종적으로 산소에 전달된다. 산소에 의한 수소원자의 산화는 호기성 생물이 섭취한 음식물 내에 들어 있는 대량의 에너지를 ATP로 전환, 저장시키는 기능을 한다. 산화적 인산화과정으로 알려진 이 같은 반응들은 생물체가 이용할 수 있는 에너지 형태인 ATP를 생성하는 가장 중요한 수단이다.

2) 전자 전달계 : 미토콘드리아의 내막(크리스타)에서 일어난다.

① 해당 과정과 회로에서 분리된 후 탈수소 효소의 조효소에 결합된 상태로 운반된 수소와 고에너지 전자를 이용해 를 생성하는 과정이다.