본문내용
1. 세포 에너지 대사 과정
1.1. 해당작용(Glycolysis)
1.1.1. 해당작용의 정의와 개요
해당작용(Glycolysis)은 포도당이 분해되어 두 분자의 피루브산(pyruvic acid)을 만드는 과정으로, 세포질에서 이루어진다. 이 과정에서 두 분자의 ATP가 생성되고, 네 개의 전자를 잃어 두 분자의 NADH가 만들어진다.
해당작용은 포도당이 활성화되고 PGAL이 생성되는 전반부와 소량의 에너지 추출과 피루브산이 생성되는 후반부의 두 과정으로 나눌 수 있다. 해당작용은 산소 분자(O2)를 사용하지 않으며, 다양한 생물들에서 광범위하게 일어나는 것으로 보아 매우 오래된 물질대사 경로임을 알 수 있다.
해당작용의 경로는 에너지 투자기와 에너지 회수기로 구분된다. 에너지 투자기에는 실질적으로 ATP가 소비되며, 에너지 회수기에는 기질수준 인산화에 의해 ATP가 생성된다. 해당작용 전체의 에너지생성률은 포도당 1분자당 2개의 ATP와 2분자의 NADH이다.
1.1.2. 해당작용의 단계별 설명
해당작용의 단계별 설명은 다음과 같다.
해당작용의 초기 단계에서는 포도당을 활성화하고 분자 내 에너지를 재배치하는 과정이 일어난다. 첫 번째 단계에서 ATP를 사용하여 포도당을 인산화시켜 글루코오스 6-인산을 만들어낸다. 이는 헥소키나아제라는 효소에 의해 촉매된다. 이어서 포스포글루코오스 이성화효소가 글루코오스 6-인산을 과당 6-인산으로 바꾼다. 그 다음 포스포프룩토키나아제가 과당 6-인산을 과당 1,6-이인산으로 재인산화한다. 이 단계에서도 ATP가 또 한 번 소모된다. 과당 1,6-이인산은 알돌라아제에 의해 두 개의 삼탄당인 디하이드록시아세톤인산과 글리세르알데하이드 3-인산으로 분해된다.
이후 해당작용의 후반부에서는 에너지를 추출하는 단계가 이루어진다. 글리세르알데하이드 3-인산이 산화되면서 NAD+가 NADH로 환원되고, 동시에 1,3-이인산글리세르산이 생성된다. 1,3-이인산글리세르산은 포스포글리세르산키나아제에 의해 3-인산글리세르산으로 전환되는데, 이 과정에서 ADP가 ATP로 인산화된다. 3-인산글리세르산은 포스포글리세르산 뮤타아제에 의해 2-인산글리세르산으로 전환되고, 에놀라아제에 의해 탈수 반응을 거쳐 포스포엔올피루브산이 된다. 마지막으로 피루브산키나아제에 의해 포스포엔올피루브산이 피루브산으로 전환되는데, 이때 다시 ADP가 ATP로 인산화된다.
이러한 일련의 해당작용을 통해 포도당 1분자당 2분자의 ATP와 2분자의 NADH가 생성된다. 해당작용은 산소 없이도 진행될 수 있기 때문에 세포가 산소가 부족한 환경에서도 에너지를 생산할 수 있도록 해준다.
1.2. 피루브산의 산화
1.2.1. 피루브산의 수송 및 산화
세포질에서 해당작용을 통해 생성된 피루브산은 미토콘드리아로 수송되어 산화된다. 피루브산은 양성자 농도 기울기에 의해 세포질에서 미토콘드리아 기질로 symport된다. 미토콘드리아 기질 내에서 피루브산은 피루브산 탈수소효소복합체의 작용을 받아 산화적 탈카르복실화 반응을 거쳐 아세틸-CoA로 전환된다.
이 과정에서 피루브산의 탄소 중 하나가 이산화탄소(CO2)로 분리되고, NAD+가 NADH로 환원된다. 피루브산이 아세틸-CoA로 전환되...
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