[생물 임용 노트]대사 - 3) 시트르산(TCA) 회로: 아세틸-CoA의 산화, 시트르산 회로

시트르산 회로(TCA 회로) - 아세틸-CoA 산화

1회전시 아세틸-CoA가 완전히 산화되는 경로이다. 8단계로 구성되며 이 중 4개의 단계가 산화 단계이며 산화 에너지는 높은 효율로 NADH와 FADH₂의 형태로 보존된다. 아세틸기 유래 산소는 최초 회전시에는 방출되지 않는다.

시트르산(TCA) 회로와 조절과정 정리

1) 시트르산의 생성

과정
옥살아세트산과 아세틸-CoA의 축합 반응으로 시트르산이 형성된다. 이 과정을 시트르산 신테이스(citrate synthase)가 촉매 한다. 축합 과정에서 CoA가 떨어져 나간다.
조절
억제 - ATP, NADH, 석시닐-CoA, 시트르산
촉진 - ADP
 

2) 아이소시트르산 생성

아코니테이스(aconitase)에 의한 탈수와 수화 과정을 통해 이성질화된다.
 

3) 산화적 탈카복실화를 통한 α-케토글루타르산 형성

과정

아이소시트르산 데하이드로제네이스(iso-citrate dehydrogenase)에 의해 탈수소화가 일어나며 두 분자의 전자를 조효소인 NAD⁺가 저장하게 된다. 보조인자인 Mn2+에 의해 탈카복실화가 일어나 CO₂가 방출된다.

조절
억제 - ATP

촉진 - ADP, Ca²⁺

 

4) 산화적 탈카복실화를 통한 석시닐-CoA 형성

과정

α-케토글루타르산 데하이드로제네이스 복합체(α-ketoglutarate dehydrogenase complex)에 의한 탈수소화, 탈카복실화를 통해 석시닐-CoA가 형성된다. 3)과 같이 NADH 생성과 CO₂ 방출이 일어난다.

조절
억제 - NADH, 석시닐-CoA

촉진 - Ca²⁺

 

5) 기질 수준 인산화를 통한 석신산 형성

과정
석시닐-CoA 신테테이스에 의해 석신산이 형성된다. 기질 수준의 인산화를 통해 GTP가 형성된다.
** synthase는 ATP에 의한 에너지 사용이 없고 synthetase는 ATP에 의한 에너지 사용을 통해 두 분자를 연결한다.
 

6) 탈수소화와 수화에 의한 말산 생성

과정

석신산 데하이드로제네이스에 의한 탈수소화 작용으로 푸마르산이 형성되면서 FADH₂가 생성된다.

석신산 데하이드로제네이스는 미토콘드리아 내막에 단단히 부착되어 있다.
푸마르산은 이후 수화 과정을 통해 말산을 형성하게 된다.

조절
억제 - 옥살아세트산, 말론산(경쟁적 저해제)
 

7) 탈수소화에 의한 옥살아세트산 형성

과정
말산 데하이드로제네이스에 의한 말산의 탈수소화로 옥살아세트산이 재생 되며 NADH를 생성한다.
이 과정은 G'º = 29.7KJ/mol로 자발적으로 일어나는 반응은 아니지만, 미토콘드리아 기질에 옥살아세트산 농도가 매우 낮고 생성되어도 시트르산 생성 과정으로 계속 제거되어 화학평형 조절에 의한 반응이 일어나게 된다.