유산소성 ATP 생산

산화적 인산화(Oxidative phosphorylation)

 

- 유산소성 과정으로 ATP 생성되는 과정

 

 

1) 크렙스 회로(Krebs cycle)

 

- NAD+와 FAD 사용해 탄수화물, 단백질, 지방의 수소이온을 제거해 산화시키는 회로

- 발생한 수소이온 전달체(NADH, FADH)를 전자전달계로 보내 ATP생산 

 

ㄱ. 아세틸조효소 A(Acetyl-CoA)

   - 크렙스회로를 시작하기 위한 탄소 분자

   - 포도당은 해당 작용에 의해 2개의 피루브산염 생성(포도당을 연료로 사용 시 크렙스 회로 2번 돌림)

   - 해당 작용으로 발생한 피루브산염이 아세틸 조효소 A로 전환됨

   - 단백질은 아미노산으로 분해되어 아세틸조효소 A로 전환됨

   - 지방은 베타 산화과정을 통해 아세틸 조효소 A로 전환됨

 

탄수화물, 단백질, 지방을 아세틸 조효소 A로 전환하는 과정

 

 

ㄴ. 과정

   

 

 

ㄷ. 구아노신 3인산염(GTP)

   - 크렙스 회로 1회 당 1GTP가 생산됨

   - GTP는 인산과 에너지를 ADP에 기증해 ATP생산

   - 1GTP는 1ATP생산

 

ㄹ. 크렙스 회로의 생산

   - 크렙스 회로 한 번의 결과로 3NADH, 1FADH 생성됨

   - 1 ATP 생산

 

 

 

2) 전자전달계(Electron transport chain)

 

- 미토콘드리아 내막에 있는 전자 펌프를 통해 수소이온을 물로 산화시켜 에너지를 발생시켜 ATP 생산하는 과정

 

ㄱ. 수소 이온 전달체(NADH, FADH)

   - 산소와 직접 반응하지 않음

   - 수소이온을 전자 펌프를 통해 미토콘드리아에서 이동시킴

   - NADH가 먼저 전자전달계에 들어가고 FADH가 들어감

   - 1NADH = 2.5ATP 만드는 에너지 생산

   - 1FADH = 1.5ATP  만드는 에너지 생산

 

ㄴ. 과정

 

 

 

ㄷ. ATP 생산과정

   - 전자 펌프를 통해 NADH와 FADH의 수소이온을 미토콘드리아 내막과 외막 사이 공간으로 보냄

   - 내막과 외막 사이의 공간에 수소이온 농도가 높고 미토콘드리아 기질의 수소이온 농도가 낮음

   - 농도 차이로 인해 막 사이 공간의 수소이온이 특수한 수소이온 통로를 통해 기질로 들어옴

   - 수소이온이 기질로 들어올 때 에너지를 제공하고, ATP 합성효소를 활성화시켜 ATP 생산

 

ㄹ. 산소의 역할

   - 전자전달계의 목적은 시토크롬 단계를 거쳐 전자를 제거해 ATP 생산하는 것

   - 마지막 시토코롬이 산화되지 않으면 더 많은 전자를 받아들일 수 없어 전자전달계가 멈추게 됨

   - 이때 산소는 마지막 시토코롬을 산화시켜 전자전달계가 계속 돌아가게 함

   - 전자전달계 마지막 단계에서 산소는 NADH와 FADH에서 2개 전자받아 환원하고 2개의 수소이온과 결합해 물 생성

 

 

 

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유산소성 대사과정을 통한 ATP 생산

 

 

1) 해당작용

 

- 2ATP 생산

- 2NADH 생산 = 5ATP 생산

 

 

2) 크렙스 회로

 

- 1개의 포도당은 2개의 피루브산염을 만듦

- 그러므로 포도당을 연료로 사용하면 크렙스 회로를 2번 돌릴 수 있음

 

ㄱ. 피루브산을 아세틸 조효소 A로 전환

   - 1NADH X 2 = 2NADH = 5ATP 생산

 

ㄴ. 피루브산을 아세틸 조효소 A로 전환

   - 1GTP X 2 = 2GTP = 2ATP 생산

   - 3NADH X 2 = 6NADH = 15ATP 생산

   - FADH X 2 = 2FADH = 3ATP 생산

 

 

3) 포도당 1개 연료로 사용 시 총 ATP 생산

 

- 32ATP 생산

 

 

4) 당원 1개 연료로 사용 시 총 ATP 생산

 

- 해당작용에서 1개 ATP를 더 생산함

- 33ATP 생산

 

 

 

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※ 정리 문제

 

1. 산화적 인산화란?

2. 크렙스 회로에 대해 설명하라

3. 아세틸 조효소 A란?

4. 전자전달계에 대해 설명하라

5. NADH, FADH는 각각 몇 개의 ATP를 생산할 수 있는가?

6. 포도당과 당원을 유산소성 대사과정의 연료로 사용 시 각각 몇 개의 ATP를 얻을 수 있는가?

 

답↓

1. 유산소성 과정으로 ATP를 생산하는 것
2. 크렙스 회로는 아세틸 조효소 A를 NAD와 FAD를 사용해 탄수화물, 단백질, 지방의 수소이온을 제거하여 산화시키는 과정으로 미토콘드리아 기질에서 발생하는 유산소성 에너지 대사과정
3. 크렙스 회로의 연료로, 포도당의 해당과정으로 발생한 피루브산염, 단백질을 분해한 아미노산, 지방의 베타산화과정을 통해 얻을 수 있음
4. 대사과정으로 발생한 수소이온을 미토콘드리아 내막의 전자 펌프를 통해 물로 산화시키면서 에너지를 발생시켜 ATP를 합성하는 유산소성 대사과정
5. 1NADH는 2.5ATP 생성가능, 1FADH는 1.5ATP생성가능
6. 1개 포도당을 연료로 사용 시 32ATP 생산, 1개 당원을 연료로 사용시 33ATP 생산

 

 

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★ 참고자료

 

2020/03/17 - [운동생리학] - ATP와 무산소성 ATP 생산

ATP와 무산소성 ATP 생산