세포호흡 정리

01 이화과정 

1)해당(glycolysis)

• 포도당대사의 첫번째 단계.
• 원핵/진핵생물 모든 생명체에서 일어나는 대사과정.
• 산소가 필요없다.

2)유산소호흡

• 진핵세포, 대부분 원핵세포.
• 최종 전자수용체 : O2

 

3)무산소호흡

• 일부 원핵세포.
• 최종 전자수용체 : SO42-,NO3-,Fe3+,CO2

 

4)발효(fermentation)

• 피루브산이 젖산, 에탄올 등 유기노폐물로 환원되는 과정.
• 일반적으로 혐기성.
• 신경세포,적혈구는 거의/전적으로 필요E를 포도당에 의존.

 

02 세포호흡 개론

고분자의 유기화합물을 단계적으로 산화시키면서, 결합E로 저장되어있던 에너지의 일부를 생명활동에 필요한 자유에너지로 얻어내는 과정.

 

C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O dG= -686kcal/mol

 

1)해당(glycolysis)

• 1포도당 ->2피루브산 
• 2ATP, 2NADH 

 

2)피루브산 가공

• 1피루브산 -> 1아세틸CoA
• 1NADH

 

3)TCA회로(Tricarboxylic acid cycle) = 시트르산 회로(citrate cycle)

• 1아세틸CoA가 최종적으로 2CO2로 환원.
• 1cycle당 3NADH,2CO2,1FADH2,1GTP(1ATP) 생성.

 

4)전자전달계 = ETS(Electron Transport System)

• NADH와 FADH2가 환원되면서 방출되는 전자의 위치에너지가 양성자 기울기를 형성.
• 양성자 기울기 -> ATP합성
• 1NADH = 2.5ATP
• 1FADH2 = 1.5ATP

 

03 해당과정(Glycolysis)

1.특징

장소 : 세포질

O2와 무관하게 발생

CO2 발생X

 

2.과정 (빨간색은 비가역과정)

Glucose -> G6P -> F6P -> F16BP -> 2(G3P) -> 2(1,3BPG) -> 2(3PG) -> 2(2PG) -> 2(PEP) -> 2(Pyruvate)

 

3.효소

1) Hexokinase(HK)

(1)넓은 기질 특이성 : 포도당뿐만 아니라 다른 육탄당(hexose)도 인산화 가능 (과당,만노오스 등)

Glucose의 경우는 특별히 Glucokinase라는 명칭을 보유함.

 

(2)당의 인산화과정 촉매

①포도당을 세포안에 잡아두는 역할

※G6P가 세포안에만 존재하는 이유

포도당은 GLUT에 의해 세포막을 통과하지만 G6P가 되면 통과할 수 없다.

강한(-)하전으로 인해 막을 통과할 수 없게 된다.

 

②포도당의 안정성을 약화시켜서 반응성이 증가

③지속적으로 포도당 기울기 형성 : 세포밖에서 안으로 포도당 촉진 확산

 

(3)생리적인 조건에서 hexokinase 반응은 비가역적 : 세포내 ATP 농도가 ADP 농도보다 훨씬 높기 때문

(4)포도당에 대해 낮은 Km : 포도당 농도가 낮아도 효과적으로 대사 가능.

(5)G-6-P에 의해 음성피드백

 

(6)Glucokinase(GK)와 비교

GK는 간,이자의 베타세포 / HK는 그 외 세포

GK의 Km, Vmax가 상대적으로 높다 (Km이 높다 = 포도당에 대한 친화력이 낮다.)

GK는 G6P에 의해 저해되지 않는다.

GK는 주로 식사후 간문맥으로부터 포도당을 제거 / 간에서 글리코겐과 지방산 합성에 필요한 G6P 공급

HK는 Vmax가 낮아서 세포가 사용할 수 있는 양 이상으로는 당을 인산화할 수 없다.

 

2)PFK-1 (Phosphofructokinase-1)

F6P + ATP -> F1,6BP + ADP

 

(1)해당과정의 가장 중요한 조절부위 (RDS)

(2)알로스테릭 효소 

알로스테릭 억제제 : ATP , Citrate

알로스테릭 촉진제 : AMP, ADP, F2,6BP

 

저농도 ATP : 활성부위에서 ADP로 전환되고 F1,6BP생성에 기여

고농도 ATP : 조절부위에 결합하여 반응을 저해

F2,6BP는 가장 강력한 PFK-1의 활성자. 간세포에서 당신생에 관여하는 fructose-1,6-bisphosphatase에 대한 억제제로 작용.

 

3)G-3-P dehydrogenase 

NADH 생성

 

4)phosphoglycerate kinase

기질수준 인산화로 ATP 생성

적혈구에서 1,3BPG -> 2,3BPG 되어 산소친화도를 조절 (효소 : mutase)

 

5)Pyruvate kinase

기질수준 인산화로 ATP 생성

알로스테릭 억제제 : ATP , Acetyl CoA

알로스테릭 촉진제 : AMP

 

04 피루브산 가공

Pyruvate  → Acetyl CoA

 

피루브산은 내막 통과 불가. H+와 함께 공동수송된다.

 

피루브산 탈수소효소복합체 : 총 3개의 효소

①피루브산 탈수소효소 : TPP
②디하이드로리포일 아세틸기 전달 효소 : Lipoic acid, CoA
③디하이드로리포일 탈수소효소 : FAD , NAD+

 

05 TCA회로 = 시트르산 회로(Citrate cycle) = 크렙스 회로(Krebs cycle)

1. 특징

Acetyl CoA가 H2O와 CO2로 대사되는 과정에서 NADH,FADH2,ATP를 생성

아세틸 CoA의 탄소는 두번째 cycle부터 CO2로 방출된다.

첫번째 cycle에서는 OAA에 있던 탄소가 방출되는 것이다.

 

2. 과정

3. 효소

1)Citrate synthase

비가역적 반응. OAA + Acetyl CoA -> Citrate

 

2)Aconitase

citrate -> aconitate -> isocitrate

 

3)Isocitrate dehydrogenase

비가역적 반응. 산화적 탈카르복실화 반응

NADH , CO2 생성

촉진 : ADP

억제 : ATP,NADH

 

4)α-ketoglutarate dehydrogenase

산화적 탈카르복실화 반응

피루브산 탈수소효소복합체와 유사

 

5) Succinyl CoA synthetase

기질수준 인산화로 GTP 생성

세포의 종류에 따라 GTP나 ATP가 생성된다.

 ex) 포유류 간세포에서는 GTP, 근육세포에서는 ATP 생성

생성된 GTP는 ATP합성에 사용되거나 직접 E로 사용될 수 있다.

 

6) Succinate dehydrogenase

미토콘드리아 내막에 결합되어 있다.

ETS의 복합체2의 구성원이기도 하다.

FADH2 -> 유비퀴논으로 전자를 전달하는 Fe-S 중심을 가지고 있다.

경쟁적 저해제 : 말론산, OAA (기질인 숙신산의 유사체)

 

7)Fumarase

8)Malate dehydrogenase

 

4. TCA회로 총 수득 에너지

1아세틸 CoA 당 3NADH 1FADH2 1ATP = 3x2.5 + 1.5 + 1 = 10 ATP

1피루브산 당 = 12.5 ATP (피루브산의 가공과정까지 합하면 1NADH 추가)

1포도당 당

TCA회로만 고려하면 12.5 x 2 = 25 ATP

해당과정까지 더하면 2ATP + 2NADH = 2+5= 7 ATP

→1포도당 총 가능한 ATP = 32ATP (실제로는 셔틀에 따라 30ATP가 될 수도 있음)

 

5. TCA회로의 생리적 의의

• ATP공급
• 중간체 -> 다른 물질 생합성에 이용됨.