제6장 세포 에너지론

에너지 (energy) 에너지; 일을 하는 능력 에너지의 상태; potential energy와 운동에너지 (kinetic energy) Potential energy; 에너지가 저장되어 있는 상태로 실제로는 아무 일도 하지 않는 것을 의미 운동에너지; 이동에너지

에너지의 형태 화학결합에너지, 전기에너지, 자기(magnetic)에너지, 기계에너지, 복사에너지 등 복사에너지는 적외선, 가시광선, 자외선 등과 같은 전자기 복사를 포함 에너지의 형태는 각기 다르지만 이들 에너지 모두는 상호 전환될 수 있음

열역학 법칙 (laws of thermodynamics); 시간의 변화 속에서도 변하지 않는 물질과 에너지 사이의 형태를 관찰한 것에 기초를 둠 제1법칙 (에너지 보존의 법칙); 에너지는 생성되지도 소멸되지도 않는다. 제2법칙 (entropy 법칙); 에너지는 엔트로피 (무질서)가 증가하는 방향으로 이동한다

에너지의 흐름 에너지의 흐름: 에너지의 총합은 유지되고 에너지 변환시에 생기는 에너지 소실은 사용 불가능한 열에너지로 바뀐다. 이러한 열은 계의 무질서도를 높인다. (따라서 에너지는 단일 방향으로 흐른다.)

생명에 적용되는 에너지의 원리 자유에너지; 어떤 시스템의 내부 에너지 중에서 실제로 일로 변환가능한‘자유로운’에너지를 뜻한다 자유에너지 증가반응(Endergonic Rx) ~ 에너지 투입으로 고에너지 화합물 생성- 광합성. 자유에너지 감소반응(Exergonic Rx) ~ 에너지 방출 반응 – 유산소 호흡. 자유에너지 증가반응 (흡열반응) ∆G = +686 kcal/mole 자유에너지 감소반응 (발열반응) ∆G = -686 kcal/mole

화학평형 반응물과 생성물의 농도에 따라 정반응과 역반응이 발생한다. 화학평형상태란 정반응과 역반응의 속도가 같은 지점이다. 짝반응 (coupled Reaction); 발열반응은 흡열반응과 짝지어져 있다. 6CO2 + 12H2O C6H12O6 + 6O2 + 6H2O 호흡 광합성

효소(Enzyme)-생물학적 촉매 대부분 단백질이다(일부 RNA). 각 효소는 특정한 기질 (substrate)과 반응한다. 효소가 일으키는 화학반응에는 열이 필요하지 않다. 카탈라제는 헴그룹에서 발생하는 기질과의 상호작용.

효소는 반응의 평형농도를 변화시킬 수는 없으나 반응물을 더 빨리 평형농도에 도달하게 한다. 효소는 자유에너지 변화에 영향을 주지 않는다. 효소는 반응 후에도 변하지 않고 계속 작용한다.

효소-기질 복합체 효소와 기질은 활성자리에서 결합하여 효소-기질 복합체를 형성한다. 효소의 반응 속도에 영향을 주는 요인들 기질의 농도; 기질의 농도가 높을수록 전체 반응 속도가 증가한다. 어떤 농도에 이르면 효소 포화상태에 도달한다. 효소 포화상태란 활성자리가 모두 결합된 상태이다.

pH; 수소이온 농도가 효소 활성자리에 영향을 미친다 pH; 수소이온 농도가 효소 활성자리에 영향을 미친다. 어떤 pH에서는 효소 활성자리에 있는 아미노산의 잔기가 이온화되어 효소와 기질이 보다 빠르게 반응할 수 있게 된다. 최적 pH는 효소에 따라 다르다. 온도; 대체로 10도 오를 때마다 효소활성도를 포함한 대부분의 화학반응 속도는 2배로 증가된다.

효소 조절 메커니즘 효소 활성 메커니즘; 평소 비활성형으로 존재하는 효소는 화학적 신호에 의해 활성화된다. 예) 펩신의 활성 효소 억제 메커니즘 경쟁적 억제; 기질과 유사한 물질이 효소의 활성자리를 채운다. 효소는 이 물질과 반응할 수 없기 때문에 효소가 방해받게 된다. 비경쟁적 억제; 어떤 물질이 활성자리가 아닌 곳에서 효소와 결합한다. 이러한 결합은 효소의 모양을 변화시켜 활성자리가 기능할 수 없게 만든다.

알로스테릭 조절 (allosteric control); 알로스테릭 효소는 일반적으로 대사경로 초기에 작용하는 거대 효소로 두 종류의 조절자를 갖는다. 활성제와 억제제 모두에 반응한다.

효소 활성도 조절 입체성 다른자리(다른자리 입체성)효소는 조절 물질의 존재에 따라 활성이 변화된다.

ATP-세포의 에너지 유통 ATP는 에너지 방출반응과 흡수반응을 짝지운다.

조효소와 기타 전자운반자 조효소 (coenzyme)는 효소와 함께 일한다. 효소는 보조인자(금속이온이나 NAD+)를 필요로 한다. 일반적인 조효소; NAD (광합성에 작용), NADP (세포호흡에 작용), FAD (양쪽 모두에 작용) 산화-환원 반응: 세포가 에너지를 방출하는 방식(연속적인 전자 전달 반응). 여러 종류의 대사 경로: 세포는 여러 효소에 의해 매개되는 일련의 반응들을 연결시킨다.

생태계의 에너지 대사 경로 태양에너지로부터 에너지가 투입되면 광합성이 일어나고 유산소 호흡에 의해 대량의 사용 가능한 에너지가 얻어진다. 두 과정 모두에서 ATP가 합성된다.

세포에서의 ATP 생성 기질수준 인산화 화학삼투적 인산화

7장 발표 식물에서 엽록소를 비롯한 색소체들 (pigments)를 모두 설명하시오. 광합성에 대한 엥겔만의 실험을 설명하시오. 광합성의 캘빈회로를 설명하시오. 광호흡을 설명하시오. C3, C4, CAM 식물에 대해 설명하시오.