생화학 11장 전자전달계와 산화적 인산화
1. 전자의 전달과 전자전달계의 구성요소 위치 : 전자전달계의 구성 요소들은 미토콘드리아 내막에 위치 외막 : 대부분의 이온과 크고 작은 분자들은 통과 내막 : 이온들(H+, K+, Na+) 혹은 ATP, ADP 등 중요한 분자들에 대한 투과성 없음 * 운반체가 필요
<전자전달계의 구성> 복합체 I ~ 복합체 IV로 구성 각 복합체는 전자 공여체에서 전자를 받아서 다음 복합체로 전자를 넘겨줌 전자전달계에서 발생되는 에너지를 ADP와 무기인산으로부터 ATP 생성 최종적으로 산소가 전자를 받아 들여서 물 분자를 생성함 전자전달계의 순서 : NAD FMN Fe-S protein CoQ(ubiquinone) Cyt b Fe-S protein Cyt c1 Cyt C Cyt a Cyt a3 O2 보조효소 : NAD, FMN, CoQ
<복합체 I> NADH 탈수소효소 복합체 : NADH에서 조효소 Q(UQ)까지 전자를 수송 NADH의 전자를 FMN에 전달하여 FMNH2를 생성 FMNH2에 전달된 전자는 Fe-S를 환원 환원된 Fe-S는 전자를 UQ에 전달하여 UQH2를 생성 * 헴철 단백질 : 철 함유 단백질(헤모글로빈, 시토크롬) 비헴철 단백질 : 철-황 중심 함유 단백질
<복합체 II> 숙신산 탈수소효소 복합체 : 숙신산에서 조효소 Q(UQ)까지 전자를 수송 FAD를 함유하는 단백질 숙신산의 전자를 조효소Q(UQ)에 전달하여 UQH2를 형성
<복합체 III> 시토크롬 bc1 복합체 : 시토크롬 c 산화환원효소 전자를 환원된 조효소Q(UQH2)로부터 시토크롬 c로 이동 시킴 시토그롬 c : 막사이 공간에 존재하는 수용성단백질
<복합체 IV> 시토크롬 산화효소 혹은 시토크롬 aa3 : 전자를 시토크롬 c로부터 산소분자로 이동 시켜 물 분자를 생성하면서 양성자를 기질로부터 막 사이 공간을 보냄 구리가 필수적으로 작용함
2. 산화적 인산화 <개요> TCA 회로에서 아세틸 CoA가 산화되는 과정에서 NADH와 FADH2 생성 생성된 전자 전달체는 미토콘드리아의 전자전달계로 연결됨 NADH(-54.7 kcal/mol)와 FADH2(-35.8 kcal/mol)의 산화는 자유에너지 변화가 큰 음의 값임(자발적 진행) 이때 방출되는 에너지로 ATP 합성에 이용함 (산화적 인산화, oxidative phosphorylation) 최종 전자수용체로 산소가 작용하여 물이 됨
<전자전달계와 산화적 인산화의 P/O 비> 한 쌍의 전자가 산소까지 운반되는 과정에서 펌프되는 양성자 수 : * NADH = 10 * 숙신산(FADH2) = 6 P/O 비 : 한 쌍의 전자가 산소까지 전자전달계를 통과하면서 생성된 ATP 수를 말함 * 1 ATP 생성에 4 H+필요 * NADH = 10/4 이므로 2.5 ATP * 숙신산 = 6/4 이므로 1.5 ATP 생성 함
3. 세포질 NADH의 전자전달계 합류 <세포질 NADH의 전자전달계 합류> 동물세포들은 조직에 따라서 다름 두 가지의 셔틀 시스템을 이용 함 말산-아스파르트산 셔틀 : 간, 신장 및 심장에서 작용 : 2.5 ATP 생산 글리세롤인산 셔틀 : 골격근과 뇌에서 작용 : 1.5 ATP 생산
4. 산화적 인산화의 조절과 저해제 전자전달계 저해제와 산화적 인산화의 저해제가 있음
<전자전달계저해제> 전자전달계 저해제, ATP 합성효소와 아데닐 뉴클레오티드의 저해제 * 전자전달계 저해제 : - 전자전달계의 특정 구성요소에 결합하여 전자의 흐름을 방해 예) 안티마이신 A(antimycin A), 로테논(rotenone), 아미탈(amytal), CO, CN- * ATP 합성효소와 아데닐 뉴클레오티드의 저해제 : 예) DCCD(다이사이틀로렉실카르보다이이미드), 올리고마이신, 아트락틸로시드 산화적 저해제 * 짝풀림화학물질 : - 전자전달을 통해 막사이공간으로 펌프된 H+를 다시 기질로 돌려보냄 예) 2,4-다이니트로페놀(2,4-DNP), 다이쿠마롤
<산화적 인산화의 조절> 한 분자의 포도당 분해로 기질적 인산화는 2 ATP만을 생성 따라서 조절할 필요가 있음 * 미토콘드리아 산소 소모의 속도로 생성 ATP 조절 * 에너지 요구 척도 = [ATP]/([ADP][Pi]) - 평상시 : 이 비율이 높음(완벽하게 인산화되어 있는 상태임) - 지방합성(동화반응)인 경우 : ATP의 분해가 커져서 비율이 낮아지므로 산화적인산화를 증가시켜 ATP 생산을 늘림-항상성의 원리