[생물 임용 노트]대사 - 4) 산화적 인산화: 산화적 인산화의 기초

호기성 생물의 에너지 대사의 최종반응이다. 해당, TCA 회로, 지방산의 산화로 생성된 NADH, FADH₂가 미토콘드리아 내막의 전자전달계를 거쳐 O₂를 H₂O로 환원시킨다. 이 과정에서 생성된 에너지는 양성자 농도 구배를 형성하고 이를 통해 ATP를 형성한다.

 

1. 미토콘드리아

외막: 작은 분자와 이온이 쉽게 통과할 수 있다. 막 횡단 통로(porin)가 존재한다.

내막: 대부분 분자에 비투과적이며, 호흡 사슬과 ATP Synthase가 존재한다.

기질(matrix): PDH complex, TCA 회로, β-산화 경로가 존재한다.

 

2. 전자받개(전자 수용체)

 1) NAD⁺/NADP⁺ (니코틴 아마이드 뉴클레오타이드)

   환원형 기질 + NAD⁺ ↔ 산화형 기질 + NADH + H⁺ (환원형 기질의 산화과정에서 나온 전자를 NAD⁺가 받는다)

   기질로부터 2개의 수소를 제거한다. 이때,

    1> H⁺는 용액으로

    2> H^-는 NAD⁺가 받아 NADH를 형성한다.

   NADH는 전자를 호흡사슬인 NADH dehydrogenase로 운반시킨다.

 

 2) FMN/FAD(플라보 단백질)

  전자를 1개 받으면 반퀴논상태, 전자를 2개를 받으면 FADH₂/FMNH₂ 형태로 전환된다.

 

3. 전자 전달 결합체

전자 전달은 크게 3가지 형태로 이루어진다.

 1> Fe³⁺ → Fe²⁺ 형태로 전달

 2> 수소원자(H⁺ + e^-) 형태로 전달

 3> H^-로 전달

 

 1) 유비퀴논(Q, coenzyme Q)

   1개의 전자를 받으면 반퀴논 라디칼, 2개의 전자를 받아 유비퀴놀이 된다.

Q(유비퀴논) QH(반퀴논 라디칼) QH2(유비퀴놀)

  내막의 이중층에서 자유확산이 가능하며 전자 운반체를 왕복하는 것이 가능하다.

  전자와 양성자 모두 왕복이 가능하다.

 

 2) 사이토크롬(cytochrome)

  철을 함유하는 heme 보조단을 갖는다. 특이적으로 가시광선을 흡수하는 특징을 갖는다.

  **a형 - 600nm 흡수, b형 - 560nm 흡수, c형 - 550nm 흡수

 

 3) 철-황 단백질(Fe-S)

  무기황 원자 또는 단백질 Cys 잔기의 황원자와 작용하거나 2가지 황원자에 직접 연결되어 있다.

  1개의 전자를 전달하는데 관여한다.