[파워 운동생리학] ATP 생산체계 (3) 유산소성 ATP 과정에 대하여 크렙스회로(시트르산 회로), 전자전달체계, 베타산화

안녕하세요 spocify입니다. 

오늘은 지난시간에 배웠던 해당과정에 이어서 

마지막 ATP생산체계인 유산소성 ATP 과정에 대하여 알아보도록 하겠습니다. 

 

유산소성 ATP 생산과정이란?

우리는 흔히 이 과정을 '산화적 인산화'라고 합니다. 

쉽게 말해서 우리가 섭취하는 탄수화물, 지방, 단백질의 수소이온을 제거하여 

산화시키는 것으로 설명됩니다. 

 

이 수소이온을 제거하는 과정이 중요한 이유는 수소 이온이 전자를 가지고 있기 때문에 

음식물이 분해될 때 잠재적 에너지를 낼 수 있기 때문입니다. 

 

이 잠재적 에너지는 전자전달체계를 이용하여 ADP와 인산을 결합하여 ATP를 생산하게 됩니다.

 

ATP 유산소적 생산과정은 세포 내에 있는 미토콘드리아에서 이루어지며

다음과 같이 2개의 대사경로들이 협력하여 이루어집니다. 

1. 크렙스 회로 

2. 전자전달체계 

 

이 과정에서 우리는 아세틸 coA라는 물질에 대해 알아보아야 합니다. 

 

아세틸 coA란 ?

해당과정 또는 지방산이나 아미노산의 산화로부터 생성된 피루브산의 부산물입니다.

아세틸 coA는 크렙스회로로 들어가 산화되고 전자전달계에 의해 전자를 방출합니다. 

여기서 두 가지 크렙스회로와 전자전달계라는 용어를 볼 수 있죠?

이 두가지 대사경로에 대하여 알아보겠습니다. 

 

아세틸 coA는 어떻게 형성될까요?

베타산화라는 과정에 의하여 형성됩니다.

 

베타산화란?

베타 산화작용은 지방산을 아세틸 조효소 A로 전환시키는 과정입니다.

신체에 저장된 지방은 지방세포나 근육세포의 중성지방으로 저장되어 있습니다.

이렇게 저장된 부위에서 지방을 방출하기 위하여 중성지방을 분해하여 

지방산으로 유리시켜야 합니다.

이 과정은 미토콘드리아에서 일어나며

여러 단계의 효소적 촉매 단계를 거펴 지방산을 활성화시켜 

아세틸 coA를 형성하게 됩니다. 

 

 

크렙스회로란?

시트르산 회로라고도 불리며

한스크렙스라는 생화학자의 이름에서 명명되었습니다.

아세틸 coA라는 분자가 피루브산염으로부터 생성되어 

일련의 과정을 통해서 3개의 NADH 분자와 1개의 FADH 분자를 생성하게 됩니다. 

또한, 이와 더불어 에너지가 풍부한 화합물인 구아노신 3인산염을 직접 생산하여 ATP를 얻습니다.

 

 

사진을 보시면 굉장히 복잡한 과정들로 인하여 NADH와 FADH를 생성하는 과정을 볼 수 있습니다. 

 

이렇게 생성된 NADH와 FADH는 전자전달계의 전자전달체에 전자를 방출함으로써

ATP를 생산하게 됩니다.

그럼 전자전달체계에 대해서 자세히 알아볼까요?

 

전자전달체계란?

우리가 크렙스회로에서 생산한 NADH와 FADH를 ATP로 만드는 과정이라고 생각하시면 됩니다.

한 쌍의 전자들이 NADH와 FADH에서 생성되어 

산화의 환원작용과 일련의 합성과정을 거치면서 

ATP 합성에 필요한 에너지를 공급합니다. 

 

NADH는 여기서 1.5 ATP를 생성하고

FADH의 경우 2.5 ATP를 생성하게 됩니다.

 

전자전달체계의 마지막 단계에서는 산소가 전자를 받아들일 수 없어 수소이온과 결합하게 되고

이는 물을 형성합니다.

 

만약에 산소가 없어서 이러한 전자들을 받아들이지 모사면 세포 내의 ATP 생산은 

무산소성 대사작용에 의해 만들어집니다.

 

전자전달체계는 화학삼투가설의 메커니즘을 따릅니다. 

전자들은 전자전달체계를 따라 이동하면 미토콘드리아 내막을 따라 NADH와 FADH로부터

유리된 수소 이온을 내막 밖으로 배출함으로써 에너지를 생산합니다.

 

이로 인해 미토콘드리아 내 외막 사이에 수소이온 농도를 증가시키며, 이는 잠재적 에너지를 갖고 있어 

인산과 ADP를 결합시켜 ATP를 형성합니다.

 

 

위 사진을 보시면 첫 번째 펌프는 2개의 전자가 들어올 때 4개의 수소이온분자를 내외막 사이의 공간으로 이동시킵니다.

두 번째 펌프도 4개의 수소이온분자를 내외막 사이의 공간으로 이동시킵니다.

세 번째 펌프는 오직 2개의 수소이온분자를 내외막 사이의 공간으로 이동시킵니다.

 

결과적으로 내외막 사이의 공간에는 기질 안과 비교하여 고농도의 수소이온이 존재하게 됩니다.

이러한 농도차는 고농도에서 저농도로 물질을 이동시키는 농도경사에 의해 수소를 다시 기질 안으로 

들여보내기 위한 강력한 확산작용을 일으키게 됩니다. 

 

이러한 수소이온이 통로를 통하여 미토콘드리아 내막을 통과할 때

인산과 ADP가 결합하여 ATP가 형성됩니다. 

 

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