세포호흡-세포의 현금 ATP 생산

세포호흡-세포의 현금 ATP 생산

오늘 오후에 대체의학생들에게 세포호흡을 강의했다.

학생 하나가 내가 떡을 좋아한다는 이야기를 듣더니 맛있는 떡을 사 왔다.

-잘 먹었어. 고마워.

 

세포호흡에는 무기호흡과 유기호흡이 있다.

무기호흡은 산소가 필요하지 않는 호흡이고 유기호흡은 산소가 필요한 호흡이다.

무기호흡은 세포질에서 한분자의 포도당이 2분자의 피루브산으로 분해되는 과정이다. 당이 분해되어 피루브산으로 된다하여 해당과정이라고 한다.

포도당이 2분자의 피루브산으로 될 때 2ATP와 이산화탄소와 수소(H2)가 나온다. 만약에 세포 속에 산소가 있을 때 H2는 NADH2가 되어 미토콘드리아의 전자전달계로 들어간다. 그러나 세포 속에 산소가 없을 때 수소(H2)는 피루브산과 다시 결합하여 젖산이 된다. 젖산은 피로물질이다. 젖산은 혈액에 실려 간으로 가서 다시 포도당으로 합성된다. 오래 걷거나 하면 장단지가 아픈 것은 바로 젖산이 장단지에 생겼기 때문이다. 그럴 때 씻고 쉬거나 자고나면 피로가 가시는 것은 젖산이 간으로 운반되어 포도당으로 재합성되느라 없어졌기 때문이다. 위와 같이 산소가 없을지라도 세포질에서는 조금의 ATP는 생산된다.

세포 속에 산소가 있을 때는 해당과정으로 생긴 피루브산은 코엔자임(CoA-)의 도움으로 아세틸기가(활성초산) 되어 미토콘드리아로 들어간다.

미토콘드리아는 이중막을 갖는다. 외막은 매끈하나 내막은 구불구불하여 크리스테라고 부른다. 외막과 내막 사이에서는 옥살초산이 있다. 옥살초산은 탄소 4개를 갖는데 탄소 2개을 갖는 활성초산이 들어오면 둘이 합하여 탄소 6개를 갖는 구연산이 된다. 구연산이 되면 구연산회로가 다음 그림처럼 돌아간다.

 

 

구연산회로를 간단하게 표시하면 위와 같고 복잡하게 표시하면 아래와 같다.

 

구연산회로에는 탈탄산효소와 탈수소효소가 작용한다.

탈탄산효소에는 카복실라아제가 있다. 카복실라아제는 카복실기(-COOH)에 작용한다. -COO는 CO2가 되어 떨어져 나가 혈액 따라 허파로 가서 날숨으로 대기 속으로 들어간다.

 

한 효소에는 주효소와 조효소가 있다. 주효소는 단백질로 된 본체고, 조효소에는 비타민이 들어있다. 효소가 열쇠라면 열쇠가 작용하는 자물통에 해당하는 기질이 있다. 열쇠에서 손잡이 부분은 본체인 주효소 부분이고, 자물통 속으로 들어가 자물통이 열리게하는 부분이 조효소다.  탈탄산효소의 조효소로 비타민 B1이 들어간다. 비타민 B1이 결핍되면 탈탄산효소가 만들어지지 못해서 구연산회로가 돌아가지 못해 에너지 생산을 할 수가 없다. 에너지가 없어서 피부를 누르면 들어 간 상태로 있고 걸으면 무릎이 아프고 그냥 주저 앉아지는 각기병에 걸리고 신경염에 걸린다. 

 

탈수소효소에는 NAD와 FAD가 있다. -H 둘은 탈수소 효소인 NAD에 붙어서 NADH2가 되어 내막 안쪽에 있는 전자전달계로 들어간다. 플라빈효소인 FAD도 H2와 결합하여 FADH2가 되어 전자전달계로 들어간다.

구연산 회로에서 ATP도 떨어져 나온다.

구연산회로 하나에서 탈수소효소에 의해서 5H2가 떨어져 전자전달계로 들어간다.

 

 

★예전에 책마다 응용되던 전자전달계 모식도는 몇년 전에 수소 양이온 펌프체널이 알려 지면서 달라지게 되었다. 수소양이온이 지정된 펌프 체널을 통과하면서 나오는 에너지로 ATP가 생산된다고 밝혀졌다. 그래서 본문을 2013년 7월 12일 수정한다.

 

전자전달계를 지난 전자가 수소양이온과 산소이온과 결합하여 물(H2O)을 만든다. 위와 같이 전자가 전달된다 하여 전자전달계다.

 

위의 그림에서 전자전달계 오른쪽 마지막을 보면 H2와 1/2O2가 결합하여 물이 된다. 즉 1/2O2란 O다. 그러나 보통 산소는 O2로 있다. 우리가 과격한 운동을 하면 에너지가 과량 필요하고 H2와 O2가 결합하여 H2O2가 만들어져 과산화수소가 된다. 과산화수소는 불안하여 곧 바로 H2O와 O로 분리된다. 바로 O가 활성산소다. 적당한 양의 활성산소는 세균을 죽이고 불필요한 물질을 없애버려서 좋으나 많으면 세포를 망가뜨려 좋지 않다. 우리 몸에서는 항산화효소를 생산하여 활성산소의 산화작용을 막는다. 우리가 항산화제라고 먹는 것은 일회용이다.

포도당 한 분자는 2분자의 피루브산이 만들어지고, 피루브산 하나가 구연산 회로를 거치면서 3CO2가 생기고 5H2가 생산되어 전자전달계로 들어가니 15분자의 ATP가 생산된다. 포도당 한 분자는 2배가 되니 30ATP가 생긴다.

FADH2에서는 2ATP가 생기나 구연산회로에서 ATP가 생긴다.

 

해당과정에서 2H2가 전자전달계로 들어가면 6ATP가 생긴다. 그래서 세포질에서 무기호흡으로 생산되는 ATP양 보다 미토콘드리아에서 유기호흡으로 생산되는 ATP가 많다.  

 

우리 몸에서 필요한 효소,호르몬, 항체, 에너지는 모두 세포에서 생산한다.

세포막의 물질출입도 에너지가 필요하다. ATP는 세포들의 현금이고, 당분과 체지방은 예금통장과 같은 동산이고, 단백질은 부동산이다.

 

구연산회로 주변에 있는 빨강 글씨들은 아미노산이름이다.

아미노산이 구연산회로로 들어가려면 먼저 아미노기를 떼어내는 탈아미노작용을 거쳐야하고 이 때 암모니아가 발생된다. 암모니아는 독성이 있어 간으로 가서 무독한 요소로 만들어어져 신장으로 가서 오줌의 성분으로 몸밖으로 나간다.

 

에너지원인 탄수화물이나 지방은 사용하고 남은 것은 나중에 에너지원으로 사용하기 위해서 체지방으로 저축을 한다. 그러나 단백질은 체구성물질이므로 그날 사용하고 남은 것은 오줌으로 배설시킨다.

어렵지만 우리 몸에서 에너지가 어떻게 생기는지 어렵프시라도 알고 있다면 더 좋을 것 같아서 블로그에 올린다.

2012.04.10.  林 光子