8장 세포 호흡

포도당을 이용하는 세가지 방법 여러 가지 다양한 형태의 에너지를 제공하기 위한 물질: ATP 유산소 호흡(aerobic respiration) : 가장 많은 ATP를 얻는 과정. 해당경로, 크렙스 회로, 전자전달 인산화 과정으로 구성됨. 무산소성 에너지 방출(anaerobic pathway) : 해당경로와 발효, 기질수준의 인산화 과정으로 구성. 식물을 포함한 모든 생물들은 탄수화물, 지질, 단백질을 분해시킴으로써 ATP를 만들 수 있다.

ATP adenine ribose adenosine adenosine monophosphate (AMP) adenosine diphosphate (ADP) adenosine triphosphate (ATP)

ATP 생성 경로의 유형 호흡은 산소가 필요하지 않는 해당과정부터 시작한다 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 (∆G = -686 kcal/mole)

산소호흡과 무산소호흡 산소호흡 해당과정 + 크렙스회로 + 전자전달 인산화 조효소: NAD+, FAD 사용 전자전달 인산화: 수소이온 농도와 전기 기울기 형성  막 단백질에서 ATP생성 최종 전자 수용체: 산소  물로 전환. 무산소호흡 해당과정 최종 전자 수용체: 황산염, 질산염, 이산화탄소  아질산염, 아산화질소, 황화수소, 메탄가스로 전환.

호흡의 3단계 1단계: 해당과정- 포도당의 분해와 기질수준 인산화 2단계: 시트르산 회로 (크렙스 회로)- 전자와 양성자를 생산하면서 연료가 이산화탄소와 물로 완전히 산화 3단계: 전자전달과 화학삼투적 인산화- 전자의 자유에너지를 이용하여 양성자 기울기를 만들고 이것을 이용하여 ATP를 생성

과당인산키나아제 1 단계 : 해당과정(Glycolysis) 기질 수준 인산화로 ATP생성! 2개의 피루브산 생성

해당과정의 조절 <과당인산키나아제의 작용> 알로스테릭 효소 (활성제와 저해제에 의하여 영향을 받음) 세포 내의 ATP 농도가 높으면 억제되고 ADP와 AMP 농도가 높으면 활성화됨 억제제 중 하나는 시트르산 회로에서 만들어지는 시트르산: 시트르산 생성은 해당과정에서 오는 피루브산의 양에 달려 있다. 미토콘드리아 내에 시트르산 농도가 높으면 세포질로 확산됨 시트르산이 과당인산키나아제를 억제시켜 피루브산 농도를 낮춤 해당과정의 속도는 느려지고 세포의 필요에 맞게 조정된다

유산소 호흡의 2 단계-크렙스 회로 해당과정에서 생긴 2분자의 피루브산이 미토콘드리아에서 완전히 산화되는 과정 미토콘드리아의 내부구조. 복잡하게 주름진 내부 막은 미토콘드리아의 구획을 두 부분으로 나눈다. 내부 막에는 전자전달에 참여하는 막 단백질이 존재한다.

아세틸CoA의 생성:C3화합물인 피루브산에서 탄소가 하나 떨어지고 이탄소화합물에 조효소 A가 결합한다. 크렙스 회로(2분자의 아세틸 CoA로부터 2탄소인 아세틸기가 떨어져 나와 OAA와 결합함으로써 시트르산이 만들어지는 것으로 시작된다( 시트르산 회로, 구연산회로) 아세틸CoA의 생성과 크렙스 회로 : 미토콘드리아 내부 구획에서의 반응. 포도당에서 기원된 피루브산은 2분자임에 주의할 것. 2탄소가 완전히 떨어져 나올 때 CO2, NADH와, FADH2, 그리고 ATP가 생성된다.

크렙스 회로의 요약

유산소 호흡의 마지막 단계 전자전달계와 화학삼투에 의한 ATP의 대량 생산 전자 전달과 ATP의 형성: 전자 흐름에 따라 미토콘드리아 막 사이 공간에 쌓인 수소이온 농도가 높아지고 화학삼투에 의해 ATP가 생산된다.

산소의 역할 및 양성자 생성 산소는 호흡의 최종 단계에서 자유에너지의 대부분을 소모해버린 전자와 결합한다. 전자가 산소와 양성자에 결합하여 물이 형성된다. NADH와 FADH2는 각각 양성자 6개와 4개씩 내막에서 외막으로 보낸다. 두 개의 양성자가 외막에서 내막으로 들어올 때 한 개의 ATP가 생성된다.

유산소 호흡의 개요. 전형적인 순 에너지 수율은 36ATP이다.

유산소 호흡에 의한 에너지 수확 32`

암반응 (탄소고정반응) 포도당은 엽록체의 스트로마에서 합성 Sugar factory: 캘빈-벤슨 회로. 루비스코에 의한 이산화탄소의 고정. 3탄당의 인글리세르산 (PGA, 3PG) 인글리세르 알데히드 (PGAL, G3P) G3P에서 포도당으로 전환되거나 지방산, 글리세롤, 혹은 아미노산의 합성에 이용될 수 있음. 또한 미토콘드리아에서 ATP 생성에 이용됨 포도당 한 분자를 합성하기 위해 캘빈회로는 6번을 돈다. rubisco

광호흡-캘빈-벤슨 회로의 문제점 C3 식물: 일반 광합성. 참피나무(Tilia americana). 광호흡: 이산화탄소의 농도가 최소 수준 이하로 떨어지면 캘빈-벤슨 회로에서 산소가 이산화탄소를 대체하게 됨 덥고 건조하면 기공을 닫으므로 세포내 이산화탄소의 농도는 낮고 산소 농도는 높아 광합성을 하지 못한다! 3탄소 화합물인 인글리세르산 (3PG)가 최초 생성물이다. 루비스코가 리블로오스 이인산 (RuBP)에 산소를 고정시킴 미토콘드리아에서 이산화탄소와 3PG 생성 이산화탄소는 방출되고 3PG는 연료로 사용됨 포도당은 생성되지 않고 연료 만을 생성하게 됨

발효경로(Fermentation pathway) 최종 전자 수용체로 산소를 요구하지 않는다. 해당과정 및 이 과정을 지속시킬 수 있는 NAD+의 생산으로 이루어진다. 혐기 조건에서 소량의 에너지를 지속적으로 생산할 수 있도록 한다(발효생물들은 모두 크기가 매우 작다). 알코올 발효: 해당과정에서 생긴 피루브산 아세트알데히드(최종 전자수용체) NAD+, 이산화탄소, 에탄올 생성. Ex)효모 젖산 발효: 해당과정의 피루브산(최종 전자수용체) NAD+, 젖산 생성. Ex)젖산균, 근육

알코올 발효 알코올 발효는 단세포성 진핵 생물인 효모가 무산소성 경로에 의해 ATP를 만드는 동안 일어난다. 맥주, 포도주, 증류주 등에 있는 에틸알코올. 효모는 빵에 산업에도 이용.

젖산발효 NADH가 피루브산에 전자와 수소를 제공하므로써 피루브산은 3탄소 화합물인 젖산으로 전환된다. 젖산균과 연쇄상구균 속의 몇몇 박테리아가 있으며 귀리빵, 요구르트, 치즈의 독특한 맛을 내는데 사용(낙농제품) 근육에서의 젖산발효는 운동, 피로, 육체적 상태 등에 대해 설명해 준다 산소의 공급이 원할하지 않을 때 피루브산은 젖산으로 환원된다. 산소의 원할한 공급에 의해 젖산은 다시 피루브산으로 된다 (산소 공급을 위해 호흡이 빨라짐_산소부채).

근육섬유(Muscle fiber) 완속 연축 근섬유(slow-twitch muscle fiber); 가볍고 규칙적이며, 지속적인 활동. 유산소호흡에 의해서만 ATP를 만든다 다량의 미토콘드리아와 산소를 저장하는 호흡색소는 미오글로빈을 가짐.  검붉은 색(적색근). 신속 연축 근섬유(fast-twitch muscle fiber); 미토콘드리아와 미오글로빈이 거의 없다.장시간의 운동을 유지하지는 못한다. 에너지 요구가 즉각적이고 강렬할 때 사용됨.  백색근 단거리 경주자들(근육에서 젖산 발효가 요구됨)과 근육. 붉은 색일수록 유산소호흡에 의존한다.

대체에너지원-지방과 단백질 지방으로부터의 에너지 -저장형: 중성지방인 트리글리세리드(triglycerid)가 지방세포 내에 축적됨. -저혈당시 글리세롤과 지방산으로 분해됨. -글리세롤PGAL로 전환되어 해당과정으로 감. -지방산아세틸CoA로 전환되어 크렙스 회로로 들어감(다량의 ATP가 생성됨) -과다한 포도당  아세틸 CoA 지방합성 경로. 단백질로부터의 에너지 -아미노산으로 분해 잉여 아미노산 분해(탈아민화 후 탄소골격에 따라 호흡 경로로 진입.

유기화합물들과 호흡 경로 다양한 유기화합물이 호흡과정으로 들어가는 과정

9장 발표 DNA와 nucleosome, chromatin,, chromosome을 설명하시오. Cell cycle과 유사분열과정을 설명하시오. 감수분열과정을 핵형에 따른 변화 중심으로 설명하시오. 식물세포와 동물세포의 세포질분열 과정을 설명하시오. 감수분열로 어떻게 다양한 형질이 생성될 수 있는지 설명하시오. 체세포분열과 감수분열이 발생하는 의의 (장점)를 설명하시오.