7장. 세포는 어떻게 화학에너지를 방출하는가? 에너지 방출 경로 개요 1. 해당(解糖, glycolysis)과정 2. 아세틸CoA와 크렙스 회로 3. 전자전달 인산화 과정 발효 신체의 대체 에너지 생명에 대한 전망

에너지 방출 경로의 개요 여러 가지 다양한 형태의 에너지를 제공하기 위한 물질: ATP@ 1)유산소 호흡(aerobic respiration) : 가장 많은 ATP를 얻는 과정. 해당경로, 크렙스 회로, 전자전달 인산화 과정으로 구성됨. 2)무산소성 에너지 방출(anaerobic pathway) : 해당경로와 발효, 기질수준의 인산화 과정으로 구성.

에너지 방출경로의 유형 유산소성 경로와 무산소성 에너지 방출 경로의 비교. 많은 양의 ATP를 얻기 위해서는 유산소 호흡이 필요하다.

많은 활동이나 큰 몸집의 유지를 위해서는 다량의 ATP 공급이 필요하다.

C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O (포도당) + (산소) (이산화탄소) + (물) 유산소 호흡 C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O (포도당) + (산소) (이산화탄소) + (물) 해당과정 + 크렙스회로 + 전자전달 인산화 조효소: NAD+, FAD 사용 전자전달 인산화: 수소이온 농도와 전기 기울기 형성  막 단백질에서 ATP생성 최종 전자 수용체: 산소  물로 전환.

유산소 호흡의 개요. 전형적인 순 에너지 수율은 36ATP이다.

첫째 단계 : 해당과정(Glycolysis) 기질 수준 인산화로 ATP생성! 첫째 단계 : 해당과정(Glycolysis)

유산소 호흡의 두 번째 과정-크렙스 회로 해당과정에서 생긴 2분자의 피루브산이 미토콘드리아에서 완전히 산화되는 과정 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) 2탄소가 완전히 떨어져 나올 때 NADH와, FADH2, 그리고 ATP가 생성된다.

미토콘드리아: 유산소 호흡의 종결장소 미토콘드리아의 내부구조. 복잡하게 주름진 내부 막은 미토콘드리아의 구획을 두 부분으로 나눈다. 내부 막에는 전자전달에 참여하는 막 단백질이 존재한다.

크렙스 회로의 요약 미토콘드리아로 들어온 피루브산(3탄소 화합물)은 이산화탄소를 한 분자 생성하면서 아세틸 CoA(2탄소 화합물)가 되었다가 크렙스 회로로 들어가 완전히 산화되면서 많은 조효소와 ATP를 만든다.

아세틸CoA의 생성과 크렙스 회로 : 미토콘드리아 내부 구획에서의 반응. 포도당에서 기원된 피루브산은 2분자임에 주의할 것.

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.

유산소 호흡에 의한 에너지 수확 32`

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+, 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.

젖산발효 NADH가 피루브산에 전자와 수소를 제공하므로써 피루브산은 3탄소 화합물인 젖산으로 전환된다.(낙농제품, 근육에서 이용된다)

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. Q. 닭은 왜 오래 못 날아다닐까? Q. 마라톤 선수는 왜 단거리 주자로 뛰지 않을까? 반대로 단거리 주자는 왜 마라톤 선수가 되기에 부적합할까?

대체에너지원-탄수화물 포도당이 너무 많거나 너무 적을 때 몸이 하는 일은 무엇일까? 식사 직후: 포도당-6인산의 농도가 높고 빠르게 ATP합성이 일어난다. ATP가 소비되지 않으면 포도당-6인산은 생합성 경로로 진입하여 간과 근육에서 글리코겐으로 중합된다(전체 비축 E의 1%) 식사 사이: 혈중 포도당의 감소 이자에서 글루카곤 분비 간과 근육에서 글리코겐이 포도당으로 전환  신체의 포도당 요구 충족 비축 E의 78%(약 10,000kcal)가 체지방에, 그리고 21%가 단백질에 저장됨.

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

생명에 대한 전망 [지구 생명의 역사] 초기 지구 환경: 무산소성(발효 우세)  광합성세포의 출현 대기의 산소 증가 호기성 대사의 출현  분자의 순환 고리가 완성됨. 끊임없는 에너지 흐름과 물질의 순환은 지구 상에서 생명이 계속되게 하는 근원이다.