세포 호흡이 산화 시키는 음식의 분자

세포는 두 가지 다른 방법으로 유기 분자의 이화작용으로부터 ATP를 만들 수 있습니다. 이러한 과정은 세포의 에너지 공급과 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 세포 내의 포도당 이화작용은 세포의 생존과 기능에 필수적입니다. 이러한 과정은 세포 내에서 일어나는 다양한 생리학적 작용을 조절하고, 세포의 생존과 번식에 필수적인 에너지를 공급합니다. 이러한 과정은 세포의 구조와 기능을 제어하고 지원하며, 세포가 다양한 환경에서 적응하고 생존할 수 있도록 도와줍니다.

 

세포 현미경

 

포도당 이화작용의 개요

1. 기질 수준의 인산화.
첫 번째는 기질 수준 인산화로 불리는 과정에서 인산기를 가지고 있는 중간체에서 직접 ADP로 인산기를 전달하여 ATP를 형성합니다. 해당 과정에서 아래에서 설명하는 과정에서 ATP를 형성하는 데 필요한 에너지를 제공하는 반응에서 포도당의 화학적 결합이 이동합니다.

2. 유산소 호흡.
두 번째는 호기성 호흡으로, 전자가 수확되어 전자 수송 사슬을 따라 이동하다가 결국 산소 가스에 공급됩니다. 대부분의 생물체에서, 진핵생물은 포도당으로부터 후계 ATP의 대부분을 생산합니다. 대부분의 생물체에서는 이 두 가지 과정이 결합되어 있습니다. 세포는 산소가 존재하는 상태에서 포도당으로부터 ATP를 생산하기 위해 4단계로 복잡한 일련의 효소 촉매 반응을 수행합니다. 첫 번째 단계는 해당 과정을 통해 기질 수준의 인산화에 의해 에너지를 포착하고, 다음 세 단계는 해당 과정의 최종 생성물을 산화시켜 호기성 호흡을 수행합니다.

 

해당계 진행 과정

1단계: 해당과정.
포도당으로부터 에너지를 추출하는 첫 번째 단계는 해당과정이라는 10개의 반응을 하는 생화학적 경로로 기질 수준의 인산화에 의해 ATP를 생산합니다. 해당과정을 촉매 하는 효소는 세포의 세포질에 있으며, 어떤 막이나 소기관에도 결합되어 있지 않습니다. 경로 초기에는 2개의 ATP 분자가 소모되고, 기질 수준의 인산화에 의해 4개의 ATP 분자가 형성됩니다. 이렇게 하면 이화 된 포도당 분자당 2개의 ATP 분자가 순으로 생성됩니다. 또한 호기성 호흡에 의해 4개의 전자가 NADH로 수확되어 ATP를 생성할 수 있습니다. 여전히 ATP의 총수율은 작습니다. 해당과정이 완료되면 형성된 2개의 피루브산 분자는 원래 포도당 분자가 보유한 에너지의 대부분을 여전히 포함합니다.

 

유산소와 세포 호흡

2단계: 피루빈 산화.
두 번째 단계에서는 당 분해의 최종 산물인 피루브산염이 이산화탄소와 아세틸-CoA라고 불리는 두 가지 탄소 분자로 변환됩니다. 변환된 피루브산염의 각 분자에 대해 1개의 분자씩 NAD+는 NADH로 환원됩니다.

 

3 단계: 클렙스 사이클.

3단계에서는 이 아세틸-CoA를 크렙스 주기라고 불리는 9개의 반응 사이클에 도입하여 영국의 생화학자 Sir의 이름을 딴
이를 발견한 한스 크렙스(Krebs 사이클은 구연산 사이클이라고도 하며, 첫 단계에서 형성된 구연산 또는 구연산 에스테르에 대하여 그리고 보다 일반적이지 않은 트리카르복실산 사이클에 대해서도, 구연산에는 3개의 카르복실기가 있기 때문입니다) Krebs 사이클에서는 기질 수준의 인산화를 통해 두 개의 ATP 분자가 더 추출되고 NAD+에서 NADH로의 환원을 통해 많은 양의 전자가 제거됩니다.

제4단계: 전자 수송 체인.
4단계에서는 NADH에 의해 담지되는 에너지 전자를 이용하여 전자 수송 사슬에 의한 대량의 ATP 합성을 구동합니다.
피루브산 산화, 크레브스 주기의 반응, 전자전달 사슬에 의한 ATP 생성은 많은 형태의 세균 내 및 모든 진핵생물의 미토콘드리아 내에서 일어납니다. 제5장부터 미토콘드리아는 세균으로부터 진화했다고 생각되고 있다는 것을 기억해 주시기 바랍니다. 식물이나 조류는 광합성을 통해 ATP를 생성할 수 있지만 동물이나 다른 비광합성 진핵생물과 마찬가지로 호기성 호흡을 통해 ATP도 생성합니다.

 

 

혐기성 호흡

산소가 존재하는 경우 세포는 음식 분자에서 채취한 전자를 수용하기 위해 산소를 사용하여 에어로빅으로 호흡할 수 있습니다. 전자를 받아들이는 산소가 없는 경우에도 일부 생물은 여전히 무기 분자를 사용하여 혐기적으로 호흡할 수 있습니다. 예를 들어, 많은 세균들이 산소 대신 전자 수용체로 황, 질산염 또는 다른 무기 화합물을 사용합니다.

메타 노겐.
혐기성 호흡을 실천하는 헤테로트로프 중에는 4장에서 논한 서모필과 같은 원시적인 고세균이 있습니다. 이들 중 일부는 메타 노겐이라 불리며 전자수용체로 이산화탄소를 사용하고 다른 생물이 생성한 유기분자로부터 유도되는 수소로 이산화탄소를 CH4(메탄)로 환원합니다.

황세균.
원시 세균 중 두 번째 혐기성 호흡법의 증거는 우먼 리버 철 형성으로 알려진 약 27억 년 전 암석군에서 찾아볼 수 있습니다. 이 암석 속의 유기물은 유황의 경동위체인 32S를 위해 중동위체 34S에 대해 농축됩니다. 알려진 지구화학적 과정은 이러한 농축을 생성하지 않지만 생물학적 황의 감소는 오늘날에도 특정 원시 세균에 의해 이루어지고 있습니다. 이 황산염 호흡에서 세균은 무기 황산염(SO4)을 H2S로 환원하여 에너지를 얻습니다. 수소 원자는 다른 생물이 생산하는 유기 분자에서 얻을 수 있습니다. 따라서 이 박테리아들은 메타 노겐과 같은 일을 합니다. 도살은 CO2 대신 산화제(즉 전자수용)로서 SO4를 사용합니다.

황산염 환원제는 광합성 진화의 무대를 만들어 H2S가 풍부한 환경을 조성하고 있습니다. 8장에서 논의한 것처럼 광합성의 첫 번째 형태는 태양광 에너지를 이용해 H2S에서 수소를 얻었습니다.

호기성 호흡에서 세포는 당 분해, 피루빈 산화, 크레브스 사이클, 전자 전달 사슬의 4가지 주요 경로로 포도당 분자로부터 에너지를 수확합니다. 산소는 최종 전자 수용체입니다. 혐기성 호흡은 수확한 전자를 다른 무기 화합물에 기부합니다.