농업직, 농학과, 화학, 방통대 등 농업생물화학 핵심 요점 정리 10. 탄수화물 대사

제 10 장 탄수화물 대사

⦁3-히드록시프로피온산회로(3-hydroxypropionate cycle) : 공기 중의 이산화탄소가 3-히드록시프로피온산으로 전환되어 유기물탄소로 고정되는 회로로서 일부 비광합성 미생물이 공기 중의 이산화탄소를 유기물로 고정하는 합성 대사회로이다. ⦁글루코오스 신생합성(gluconeogenesis) : pyruvic acid로부터 glucose를 합성하는 대사 ⦁글리세로인산 셔틀(glycerophosphate shuttle) : 동물세포의 해당작용에서 형성된 NADH의 전자가 전자전달계에 전달되는 과정으로서 전자를 미토콘드리아에 있는 FAD에 전달한다. 포유류의 근육과 뇌 세포에서 일어난다. ⦁글리옥실산회로(glyoxylate shunt pathway) : 지방을 주 영양소로 이용하는 유량종자에서 지방으로부터 생성된 아세틸 CoA를 원료로하여 탄수화물을 합성하는 회로이다. ⦁말산-아스파르트산 셔틀(malate-aspartate shuttle) : 동물세포의 해당작용에서 형성된 NADH의 전자가 전자전달계에 전달되는 과정으로서 전자를 미토콘드리아에 있는 NAD⦁에 전달한다. 포유류의 간, 심장, 신장세포에서 일어난다. ⦁산화적 인산화(oxidative phosphorylation) : 전자전달계에서 산화반응에 의해 ADP가 인산화하여 ATP를 생산하는 반응체계 ⦁아세틸 CoA 경로(acetyl CoA pathway) : 공기 중의 이산화탄소를 acetyl CoA의 아세틸기로 전환한 후 유기물탄소로 고정하는 회로로서 일부 비광합성 미생물이 공기 중의 이산화탄소를 유기물로 고정하는 합성 대사회로이다. ⦁엔트너-두도로프경로(Entner-Doudoroff pathwy) : glucose가 pyruvic acid로 전환되는 에너지생산 대사의 일종으로서 일부 원핵생물에서 일어난다. ⦁전자전달계(electron transport chin) : 전자가 차례로 전달되어 마지막으로 양성자와 함께 산소와 결합하여 물을 생산하는 대사체계이다. 에너지생산 대사의 한 과정으로서 전자가 전자전달계를 이동하면서 ATP가 생산된다. ⦁코리회로(Cori cycle) : 혐기상태에서 pyruvic acid로부터 생산된 젖산이 간으로 이동하여 glucose로 전환된 후 근육으로 돌아와 이용되는 순환체계이다. ⦁크랩스회로(krebs cycle) : 호기성 에너지생산 대사의 한 종류로서 해당작용에서 최종생산물인 pyruvic acid로부터 생산된 acetylCoA가 이산화탄소로 분해되면서 GTP, NADH, FADH₂를 생산하는 회로 ⦁펜토오스-인산경로(pentose phosphate pathway) : 포도당으로부터 에리트로오스-4-인산, 리보오스-5-인산, NADPH가 합성되는 대사회로이다. 리보오스가 펜토오스이기 때문에 이 회로를 펜토오스-인산경로라 하며, Hexose monophosphate shunt(HMP shunt)라고도 한다. ⦁해당작용(glycolysis) : 에너지생산 대사의 한 종류로서 glucose가 에너지 함량이 낮은 pyruciv acid로 전환되면서 ATP와 NADH를생산하는 과정 ⦁환원성 크렙스회로(reductive TCA cycle) : 크렙스회로의 역방향 회로로서 일부 비광합성 미생물이 공기 중의 이산화탄소를 유기물로 고정하는 합성 대사회로이다

10. 1. 생물체 대사골격

○ 생물체의 대사반응 = 에너지생산 대사(광영양+화학영양) + 물질합성 대사

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1) 에너지생산 대사

​

(1) 광합성 생물체

㉮ 광에너지가 물, 유기물, 무기물 등 전자공여체 전자의 에너지를 증가하여 인

접한 전자전달물질에 전달되도록 하면서광에너지를 화학에너지로 전환하고, 화학

에너지는 ATP, NADPH 혹은 NADH(일부 미생물)를 생산한다.

㉯ 광에너지를 이용하는 대사체계를 광영양이라 한다.

㉰ 식물의 경우 광합성에서 생산되는 ATP는 엽록체에서 필요한 에너지를 공

급한다. 엽록체 외의 미토콘드리아와 시토졸에서 필요한 에너지는 광합성과 함

께 진행되는 광호흡에서 생산된 NADH가 공급한다. 햇빛이 없거나 광합성을 하지 않는 세포(뿌리)에서는 비광합성 유기영양 생물체와 유사한 경로로 에너지를 생산한다.

(2) 비광합성 생물체

㉮ 유기물 혹은 무기물에 존재하는 화학에너지를 이용하는 대사체계를 화학영양이라 하고, 유기물의 화학에너지를 이용하는 것을 화학유기영양, 무기물의 화학에너지를 이용하는 것을 화학무기영양이라 한다.

㉯ 화학유기영양 생물체(동물, 식물, 일부 미생물)의 경우 고에너지 유기물을 해당작용, TCA회로, 전자전달계를 거쳐 저에너지 물질로전환하면서 그 여분의 에너지가 ADP를 인산화하여 ATP에 저장하거나, 환원상태의 무기물 혹은 유기물의 전자가 전자전달계에서 이동하면서 방출된 에너지가 ADP를 인산화하여 ATP에 저장한다. 식물은 광합성을 할 수 없을 때 화학 유기영양체계로 에너지를 생산한다.

㉰ 화학무기영양체계를 가지는 미생물은 무기물을 전자공여체로 하는 전자 전달체계에서 ATP를 생산한다.

2) 물질 합성 대사

㉮ 물질을 합성하는 것은 환원상태의 고에너지 물질을 합성하는 것이다. 그러므로 환원제, 에너지, 탄소원을 비롯한 성분 원료가 필요하다.

㉯ 가장 기초적으로 필요한 것은 환원제, 에너지, 탄소원이다. 환원제는 NADPH 혹은 NADH, 에너지는 ATP, 탄소원은 유기물 혹은

이산화탄소이다.

㉰ 물질 합성 대사는 생물체에 따라 여러 종류이며, 광합성에서 생산된 탄수화물이 물질 합성 대사의 중요한 원료이다.

○ 화학영양에서 에너지원으로 이용되는 유기물과 무기물은 모두 환원상태의 것이며 이들이 산화되어 저에너지 물질로 전환되면

서 전자가 이탈하고, 이탈한 전자가 전자전달계를 거치면서 ADP를 인산화하여 ATP에 저장한다.

○ 에너지 생산대사에서 ATP에 저장된 에너지는 물질합성대사에서 산화상태의 유기물 및 이산화탄소를 포함하는 무기물을 원료

로 하여 필요한 물질을 합성하는데 사용된다. 에너지생산대사가 산화반응인데 바냏 물질의 합성대사의 전체적인 과정은 환원반응이다.

​

10.2. 탄수화물 대사골격

탄수화물은 유기화학영양 생물체(동물, 식물, 일부 미생물)가 영양소로 이용한다.

10.2.1 글루코오스 (해당작용,glycolysis) ※ glucose(포도당) C6H12O6 다당류 결합형태(α,β형). 광학이성질체(D,L형)

- 엠덴-마이어호프경로(Embden-Meyerhof pathway)

- 반응 장소 : 세포 시토졸

- 글루코오스 또는 글라이코겐 → 2분자 피루브산

- 생산물 : ATP 2분자, NADH 2분자

- 에너지 생산 반응 : 분자 내부결합의 재배치

(생물체의 자연계에 가장 풍부하고 보편적인 영양소, 녹말, 글리코겐과 같은 저장 탄수화물, 식물체의 골격성분인 섬유소의

합성원료, 한분자가 호기 대사에서 생산하는 ATP양 :30혹은 32분자, 30분자)

1) 에너지생산 대사

​

㉮ 해당작용, 크렙스회로(TCA회로), 전자전달계로 구성되어 있다.

㉯ 혐기상태에서는 해당작용만이 운용되고, 호기상태에서는 해당작용, 크

렙스회로(TCA회로), 전자전달계가 모두 운용되어 대량의 에너지(ATP)가생산된다.

㉰ 에너지생산 대사에 가장 많이 이용되는 원료는 글루코오스이다. 글루

코오스 외에 에너지원으로 이용되는 영양소들은 해당작용 및 크렙스회로

의 중간물질로 전환되어 에너지를 생산한다.

㉱ 에너지생산 대사는 전체적으로 산화반응이다.

2) 물질 합성 대사

㉮ 해당작용 및 크렙스회로의 중간물

질이 원료가 되어 필요한 물질을 합

성한다. 생물체에 따라 합성하지 못

하는 물질도 있다.

㉯ 물질 합성 대사는 전체적으로 환원반응이다.

3) 펜토오스-인산경로

합성 대사에 필요한 환원제인 NADPH, 핵산 합성원료인 5탄당, 방향족 아미노산 합성원료인 erythrose-4-인산을 합성한다.

​

10.3. 에너지생산 대사

​

1) 동물·식물의 에너지생산 대사

(1) 동물의 에너지생산 대사

10.3.1.1 동물

1) 해당작용

(1)대사경로 : 해당작용은 글루코오스가 두분자의 피루브산으로

전환되면서 ATP 두분자와 NADH 두분자를 생산하는 반응

(2)해당작용 생산물 ( 반응 장소 : 세포 시토졸, 생산물 : ATP

2분자 , NADH 2분자)

(3)NAD+의 보충

(4) 해당작용의 조절

① 해당작용(glycolysis, Embden-Meyerhof pathway)

​

㉮ 해당작용은 세포의 시토졸에서 일어난다.

㉯ 해당작용에서 에너지가 생산되는 것은 크렙스회로와 전자전달계에서와는 달리 산화반응에 의해 에너지가 생산되는 것이 아니고 산화환원전위에 변화 없이 분자 내부결합의 재배치에 의해 에너지가 생산된다.

㉰ 해당작용은 글루코오스(glucose)가 두 분자의 피루브산(pyruvic acid)으로 전환되면서 ATP 두 분자와 NADH 두 분자를 생산하는 반응이다.

㉱ 해당작용에서 글루코오스 한 분자가 이용될 때 소모 혹은 생산되는 에너지 관

련 물질(ATP, NADH)은 다음과 같다.

a. ‘글루코오스 → 글루코오스-6-인산’반응에서 ATP가 한 분자 소모되고,

‘프룩토오스-6-인산 → 프룩토오스-1,6-비스인산’반응에서 ATP가 한분자 소모되어 총 두 분자가 소모된다.

b. ‘글리세르알데히드-3-인산 → 1,3-비스포스포글리세르산’ 반응에서 전

자 2개가 이탈하여 H＋과 함께 NAD＋에 결합하여 NADH를 한 분자 생

성한다. ‘1,3-비스포스포글리세르산→ 3-포스포글리세르산(3-phospho

glyceric acid)’ 반응에서 ATP가 한분자 생성되고, ‘포스포에놀피루브산

→ 피루브산’반응에서 ATP가 한 분자 생산된다. 글루코오스 한 분자에

서 글리세르 알데히드-3-인산, 1,3-비스포스포글리세르산, 포스포에놀피

루브산이 각 기 두 분자가 생산되기 때문에 글루코오스 한 분자로부터

ATP가 네 분자, NADH가 두 분자

생산되는 것이다.

c. 해당작용에서 ATP가 두 분자 소모된

후에 네 분자가 생산되었고, NADH

가 두 분자 생산되었으므로 글루코오

스 한 분자가 해당작용에서 이용되면

피루브산 두 분자, ATP 두 분자,NADH가 두 분자 생산되는 것이다.

㉲ 최종생산물인 피루브산은 호기상태에서는 아세틸 CoA로 전환되어 크렙스회로에서 이용되고, NADH는 전자전달계에 전자를 전달하여 ATP를 생산하면서 NAD＋를 재생한다. 혐기상태에서는 젖산(효모의 경우는 에틸알코올)으로 전환되면서 NADH를 소모하여 NAD＋을 재생한다. 그러므로 혐기상태에서는 글루코오스 한 분자당 두 분자의 ATP를 생산한다. NAD+의 재생은 해당작용이 지속되기 위해서 매우 필요한 현상이다.

•호기상태

NADH → 전자전달계 → NAD＋

→ 산소가 충분한 경우에는 전자전달계가 운용되는데 이때

NADH는 전자전달계에 전자를 전달하면서 NAD+산화되면서 재

생된다.

•혐기상태

pyruvate＋NADH＋H＋ → lactic acid＋NAD＋

pyruvate＋NADH＋H＋ → ethanol＋CO2＋NAD＋

→ 혐기상태에서는 전자전달계가 운용되지 않기 때문에 NADH

의 전자는 전자전달계에 전달되지 않는다. 혐기상태에서 피루부

산은 생물체에 따라 젖산(lactic acid) 혹은 에틸알코올로 전환

된다. 이 과정에서 NADH가 산화되어 NAD+를 재생한다. 혐기

상태에서는 피루브산과 NADH가 모두 NAD+ 의 재생에 사용되

기 때문에 피루브산과 NADH로부터 ATP를 생산될 수 없다.

○해당작용은 hexose kinase, phospho-fructose kinase1,

pyruvic acid kinase들에 의해 조절된다. 이 효소들은 해당

작용에서 비가역적 반응을 촉매하는 효소이며, 해당작용 과

정의 중간생성물의 양에 따라 다른자리효소 조절과 되먹임

조절의 방법으로 촉진 혹은 억제된다.

해당작용의 조절 (+ : 촉진, - : 억 제)

◯ 해당작용 결과

- 글루코오스 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi ⇒ 2피루브산 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O

◯ NAD+의 보충

- 호기상태 (산소가 있는 경우)

· NADH가 전자전달계에 전자를 전달하면서 NAD+로 산화

- 혐기상태 (산소가 없는 경우)

· 피루브산 + NADH + H+ → 젖산 + NAD+

· 피루브산 → 아세트알데히드 → 에탄올 + NAD+↑NADH, H+

2) 크렙스회로

​

(1)대사경로 TCA 회로 혹은 시트르산회로

(2) 크렙스 회로 생산물 (첫번째 생성물 : 시트르산, 반응 장소 : 진핵세포(미토콘드리아), 원핵세포(세포막))

(3) 크렙스회로의 조절

→ 해당작용은 시토졸에서 일어나고 크렙스회로는 미토콘드리아 내막이 접혀 이루어진 cristae 내부공간(matrix, 기질)에서 일어나기 때문에 시토졸에서 생산된 피루브산은 피루브산 운반체에 의해 기질안으로 운반된다. 미토콘드리아 내막의 기질로 운반

된 피루브산은 피루브산 탈수소효소 복합체(pyruvate dehydrogenase complex)에 의해 Coenzyme A(CoA)와 결합하면서

NADH한 분자와 Co2 한 분자를 생성하면서 아세틸 CoA로 전환된다. 이 과정에서 탄소 수가 3개이던 피루브산이 탄소수가 2개인 아셀틸기로 전환된다.

❖ 크렙스 회로 결과

- 피루브산 + 4NAD+ + FAD + GDP(ADP) + Pi + 2H2O ⇒ 4NADH + 4H+ + FADH2 + GTP(ATP) + 3CO2

❖ 글루코오스 1분자 해당작용과 크렙스 회로 결과

- 글루코오스 + 10NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4Pi + 2H2O ⇒ 10NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP + 6CO2

② 크렙스회로(TCA회로)

㉮ 크렙스회로는 진핵세포체는 미토콘드리아 내부 기질에서 일어나고 원핵세포체는 세포막(형질막)에서 일어난다.

㉯ 해당작용에서 생성된 3탄당인 피루브산으로부터 탄소 하나가 이산화탄소로 제거되어 아세틸(acetyl)기(CH3CO-)로 전환되어 아세틸 CoA가 생산된다. 아세틸 CoA는 크렙스회로에서 이용되어 두 분자의 이산화탄소로 산화되면서 생성되는 자유에너지

가 GTP(혹은 ATP), NADH, FADH2에 저장된다.

㉰ ‘피루브산 → 아세틸 CoA’ 반응에서 NADH 한 분자와 CO2 한 분자를 생성한다. 크렙스회로에서 ‘이소시트르산(isocitrate)

→ α-케토글루타르산(αketo-glutarate)’반응에서 NADH, 이산화탄소 각 한 분자, ‘α-케토글루타르산(α-keto-glutarate) →

숙시닐 CoA(succinyl-CoA)’반응에서 NADH, 이산화탄소 각 한 분자, ‘숙시닐 CoA(succinyl-CoA) → 숙신산(succinate)’반

응에서 GTP 한 분자, ‘숙신산(succinate) → 푸마르산(fumarate)’반응에서 FADH2 한 분

자, ‘말산(malate) → 옥살로아세트산(oxaloacetate)’반응에서 NADH 한 분자를 생성한다.

㉱ 글루코오스 한 분자로부터 두 분자의 피루브산이 생산되기 때문에 글루코오스 한 분자로

부터 피루브산 이후의 크렙스회로에서 GTP두 분자, NADH 여덟 분자, FADH2 두 분자

가 생산되는 것이다.

→ 글루코오스 한 분자가 해당작용과 크렙스회로를 거치면 NADH 10분자,FADH2 두 분자, ATP

네 분자가 생산된다.

→ (크렙스회로의 조절) 세포에서 피루브산의 분해와 크렙스회로는 에너지, 즉 ATP를 생산하는

과정이기 때문에 에너지 관련 물질의 생성속도에 따라 조절된다

3) 전자전달계와 산화적 인산화

- NADH 와 FADH2 가 전자 2개를 전자전달계에 전달 ATP 합성

- 산화적 인산화 : ATP 생성은 산화반응을 통한 인산화과정

- 식물 광합성 시 ATP 생산과 구분

- 반응 장소 : 미토콘드리아 내막

→ (전자전달계에서의 ATP생산) 해당작용과 크렙스회로에서 방출된 자유에너지 중 거의 대부분은 대사과정 중에 이탈한 전자를 NAD+와 FAD에 수소이온과 함께 결합하여 환원하는데 사용되 NADH와 FADH2에 저장되어 있다. 크렙스회로는 미토콘드리아의 내막 안쪽 공간의 기질에서 일어나는데 전자전달계는 미토콘드리아 내막에 존재한다. 전자전달계에서 전자가 전달되는 과정에서 생성된 자유에너지에 의해 ATP가 생성되는 과정 화학삼투압설에 의해 설명된다. 방출된 에너지는 미토콘드리아 기질에 존재하는 수소이온이 미토콘드리아 외막과 내막 사이의 막간 강(intermembrance space)으로 이동하게 하는 추진력으로 작용한다. 막간 강의 수소이온 농도가 증가하면 막간 강과 기질 사이에 양성자 기울기(양성자 구동력, proton motive force: PMF)가 형성되는데 이것이 원인이되어 막간 강의 수소이온이 미토콘드리아 내막에

존재하는 ATP생성 효소복합체를 통과하여 기질로 이

동하면 ADP에 인산을 결합시켜 ATP를 합성함으로써

전자전달과정에서 방출되었던 자유에너지를 ATP에

축적한다. 막간 강에 존재하던 수소이온 3개가 ATP

생성 효소복합체를 통과하여 기질로 이동할 때 ATP

가 한 분자 생성된다.

→ (피루브산과 크렙스회로에서 생성된 NADH와

FADH2 전자의 전달) NADH한 분자의 전자 2개가 전

자전달계에서 산소에 전달되는 과정에서 막간 공간으

로 수소이온이 10개 이동되고, ATP 생성효소복합체

를 통하여 기질로 들어올 때 수소이온 3개당 ATP한

분자가 생산된다. 진핵생물에서는 막간 강으로 이동한

수소이온이 4개가 기질로 이동할 때 ATP가 한 분자

생성되는 꼴이므로 NADH한 분자당 ATP 2.5분자 생

성된다. 원핵생물은 내막과 외막 사이의 공간인 주변

세포질(periplasmic space)에서 세포질로 수소이온이

3개 이동할 때 생성되는 ATP가 세포질에서 그대로

이용되기 때문에 NADH 한 분자당 세분자의 ATP가

생성된다. FADH2 한 분자의 전자 2개가 전자전달계

에서 산소에 전달되는 과정에서 막간 공간으로 수소

이온이 6개 이동된다. 진핵세포에서는 막간 공간으로

이동한 수소이온 4개당 한 분자의 AP가 생산되므로

FADH2 한 분자당 ATP가 1.5분자 생성된다.

③ 전자전달계

​

㉮ 전자전달계는 미토콘드리아 내막에서 일어난다.

㉯ 전자전달계의 마지막 전자수용체는 산소이다. 전자전달계에서 ATP는 전자가 산소에 전달되면서

ADP가 인산화하여 생산되기 때문에 산화적 인산화라 한다.

㉰ 크렙스회로에서 생산된 NADH 한 분자는 전자전달계에서 2.5분자의 ATP를, FADH2 한 분자는 전자전달계에서 1.5분자의ATP를 생산한다. 크렙스회로에서 NADH가여덟 분자 생산되고, FADH2가 두 분자 생산

되므로 이들이 전자전달계에서 생산하는 ATP는 23분자[(NADH 8분자×2.5ATP)＋(FADH2

2분자×1.5ATP)]이다.

㉱ 해당작용에서 생산된 NADH는 그 전자가 시토졸에서 미토콘드리아로 들어가는 경로에 따

라 1.5분자의 ATP(글리세로인산 셔틀)(근육,뇌), 혹은 2.5분자의 ATP(말산-아스파르트산

셔틀)(심장, 신장)를 생산한다. 해당작용에서NADH가 두 분자 생산되므로 전자전달계에서

ATP를 세 분자((근육, 뇌) 혹은 다섯 분자(심장, 신장) 생산한다.

④ ATP 총생산량

해당작용에서 ATP를 두 분자, 크렙스회로에서

ATP와 동일한 기능을 가지는 GTP를 두 분자, 전자전달계에서 26분

자(23ATP＋3ATP) 혹은 28분자(23ATP＋5ATP)의 ATP를 생산한다.

그러므로 동물세포의 산소가 충분한 호기상태에서 glucose 한 분자

당 30 혹은 32분자의 ATP를 생산한다.

10.3.1.2. 식물

- 광합성결과 3탄당 변화경로 : 3탄당→녹말→수크로오스→종자로

운반→녹말

(2) 식물의 에너지생산 대사

㉮ 빛이 존재할 때 광합성의 명반응에서 생산되는 ATP가 엽록체에서

필요한 에너지를 공급한다. 빛이 존재할 때 일어나는 광호흡에서 생

산된 NADH가 미토콘드리아 전자전달계에서 ATP를 생산하며 이는

미토콘드리아와 시토졸에서 필요한 에너지를 공급한다.

㉯ 빛이 존재하지 않는 경우와 광합성 기능이 없는 세포에서는 동물과 동일한 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계에 의해 ATP를

생산한다. 해당작용에서 생산된 NADH는 동물과는 다른 경로(미토콘드리아 내막의 막 사이 공간에 접하여 존재하는 NADH

(NADPH) dehydrogenase에 의해 산화되어)로 전자전달계에 전자를 전달하는데 1.5분자의 ATP를 생산한다. 그러므로 glucose

한 분자당 30분자의 ATP를 생산한다.

(3) 동물·식물의 ATP 생산량

㉮ 동물은 글루코오스 한 분자당 혐기상태에서는 두 분자의 ATP를, 호기상태에서는 30분자의 ATP(근육, 뇌), 혹은 32분자의

ATP(간, 심장, 신장)를 생산한다.

㉯ 식물은 글루코오스 한 분자당 30분자의 ATP를 생산한다.

​

10.3.2. 미생물 에너지 생산대사

​

10.3.2.1. 화학유기영양 원핵생물

- 해당작용

· 해당작용대체경로 : Entner-Doudoroff pathway

pentose phosphate pathway

- 크렙스 회로

- 전자전달계

· 전자전달계 대체경로 : 유산소 대체경로

무산소호흡 – 비산소전자수용체

10.3.2.2. 화학무기영양 미생물

- 전자전달계

· 전자공여체 : S, H2S, S2O32-, Fe2+

· 전자수용체 : O2, NO3-, SO42-

1) 원핵생물(세균) 에너지생산 대사

(1) 진핵생물과 유사한 에너지생산 대사체계(화학유기영양)를 가지고 있는 것

① 해당작용

글루코오스 한 분자가 해당작용에서 이용되면 ATP가 두 분자, NADH가 두 분자 생산된다.

② 크렙스회로

글루코오스 한 분자로부터 피루브산 이후의 크렙스회로에서 GTP가 두 분자, NADH가 여덟 분자, FADH2가 두 분자 생산된다.

③ 전자전달계

전자전달계가 동물, 식물과는 달리 미토콘드리아에 있지 않고 원형질막에 있기 때문에 미토콘드리아에서 생산된 ATP가 시토졸

로 나가는 데 소모되는 에너지가 없으므로 NADH와 FADH2가 전자전달계에서 생산하는 ATP가 각기 세 분자, 두 분자이다. 글루

코오스 한 분자로부터 NADH가 10분자(해당작용에서 두 분자, 크렙스회로에서 여덟 분자), FADH2가 두 분자 생산되므로 전자전

달계에서 ATP가 34분자[(NADH 10분자×3ATP)＋(FADH2 2분자×2ATP)] 생산된다.

④ 총 ATP 생산

글루코오스 한 분자가 해당작용에서 이용될 때 ATP가 두 분자 생산되고, 크렙스회로에서 ATP와 동일한 기능을 가지는 GTP가

두 분자 생산되고, 전자전달계에서 ATP가 34분자 생산되므로 글루코오스 한 분자로부터 총 38분자의 ATP를 생산한다.

​

(2) 해당작용 대체경로

해당작용 대신에 펜토오스-인산경로, 엔트너-두도로프경로(Entner-Doudoroff pathway)를 이용하여 글루코오스로부터 ATP를 생산할 수 있다. 펜토오스-인산경로는 해당작용 혹은 엔트너-두도로프경로를 가지는 미생물에 동시에 존재한다.

(3) 전자전달계 대체경로

㉮ 대장균은 동물 및 식물과는 다른 경로가 짧은 전자전달계를 가진다.

㉯ 유기호흡 : O2를 전자수용체로 이용하는 에너지과장

무기호흡 : 무기분자를 전자수용체롤 이용

-수용체 무기분자 : NO3-, SO42-, CO2 등

(4) 화학무기영양 세균

환원상태 무기물의 화학에너지를 이용하는 세균의 경우 무기물이 전자공여체가 되어 공여된 전자가 전자전달계를 거치면서 자유에너지가 방출되고 그 에너지가 ADP에 축적되어 ATP를 생산한다. 전자공여체는 세균에 따라 H2, NO2-, NH4+, S, H2S, S2O32-,

Fe2+, S, H2S, S2O32-, NH4+ 등 다양하다. NH4+과 H2S를 전자공여체로 이용하는 세균은 분변의 악취를 제거하는 데 사용할 수 있다.

10.4. 펜토오스-인산경로

- 주요생산물 : NADPH, 5탄당

→ 글루코오스는 ATP합성의 원료 외에 지방산이 스테로이드 같은 물질의 합성에 필요한 환원형 조효소인 NADPH와 핵산 합성의 원료인 5탄당을 공습한 기능도 있다. NADPH와 5탄당은 펜토스-인산경로(penthose phosphate shunt pathway)에 의해 생산된다.

펜토오스-인산경로의 중요한 생산물은 NADPH, 리보오스-5-인산, 에리트로오스-4-인산이다. NADPH는 환원력을 가지는 화학에너지 운반체인데 작은 전구체로부터 지방산이 스테로이드를 합성하는 대사에서 환원제로 사용되고, 리보오스-5-인산은 RNA와 DNA의 원료로 사용된다. 에리트로오스-4-인산은 식물과 미생물에서 방향족 아미노산인 트립토판, 티로신, 페닐아라니을 합성하는 원료로 사용될 수 있다.

㉮ 합성 대사에 필요한 환원제인 NADPH와 핵산 합성에 필요한 5탄당, 방향족아미노산 합성의 원료로 사용되는 에리트로오스-4-인산을 합성하는 대사이다.

㉯ 펜토오스-인산회로는 NADPH, 5탄당, 에리트로오스-4-인산을 합성하는 것이 주요 기능이나 생물체의 필요에 따라 에너지를 생산하는 경로로도 이용된다.

㉰ 진핵생물에서 펜토오스-인산경로는 시토졸에서 일어난다.

​

10.5 탄수화물 합성

10.5.1. 글루코오스 신생합성(gluconeogenesis)

- 탄수화물이 아닌 물질로 글루코오스 또는 글라이코겐 형성

· 근육과 뇌에서 합성되지 않고

· 주로 간에서 합성, 10% 가량 신장에서 합성

· 반추동물에서는 propionate(vfa)가 글루코오스 신생합성 주요 기질

10.5.1.1 동물

10.5.1.2 식물

ㅇ 광합성 생산물

- 3탄당(glyceraldehyde, dihydroxyacetone-P) → glucose 신생합성 경로

ㅇ 종자 발아 지질 분해물

- glycerol : glucose 신생합성 경로

- 지방산 : β 산화 → acetyl CoA → 글리옥실산회로→ phosphoenolpyruvate → glucose 신생합성 경로

Q 크렙스 회로를 통하지 않고 글리옥실산회로 사용하는 이유?

A) 크렙스 회로를 통하면 아세틸 CoA의 탄소가 모두 이산화 탄소로 소실되기 때문

10.5.1.3 미생물

10.5.1 글루코오스 신생합성 (gluconeogenesis)

㉮ 글루코오스가 부족할 때 비탄수화물(주로 해당작용, 크렙스회로 중간산물)을 원료로 하여 해당작용의 역반응과 유사한 반응으로

합성된다. 해당작용 중에서 세 반응이 비가역반응이기 때문에 이들 세 반응은 우회한다.

㉯ 동물에서는 간에서 주로 합성되어 근육과 뇌로 수송된다. 신장에서도 일부 합성된다.

㉰ 식물의 광합성 결과 생산된 3탄당(glyceraldehyde-3-P, dihydroxyacetone-P)이 글루코오스 신생합성경로를 통하여 글루코오

스가 합성된다.

㉱ 식물에서는 종자가 발아할 때 지질이 분해되어 생산된 분해물이 글리옥실산회로와 글루코오스 신생합성경로를 통하여 글루코오스가 합성된다.

㉲ 미생물의 글루코오스 합성도 글루코오스 신생합성경로에 의한다. 비광합성 미생물 중에는 공기 중의 이산화탄소를 유기물탄소로고정하여 글루코오스 신생합성경로에 의해 글루코오스를 합성하는 것이 있다. 광합성에 의하지 않고 공기 중의 이산화탄소를 유기물탄소로 고정하는 대사로는 환원성 크렙스회로, 아세틸 CoA 경로, 3-히드록시프로피온산회로 등이 있다.

10.5.2 탄수화물 상호전환

㉮ 동물은 섭취한 탄수화물을 원료로 하여 필요한 탄수화물을 상호 전환에 의해 합성한다.

㉯ 식물에서는 광합성 결과 생산한 단당류가 화학적으로 안정하지 않기 때문에 낮에 녹말로 잎에 일시 저장되었다가 밤에 3탄당으로분해되어 수크로오스(sucrose)로 합성된 후 비광합성 조직(뿌리, 씨앗, 넝쿨조직)으로 운반된다. 비광합성 조직에서는 에너지원으로 이용되거나 녹말로 저장되며, 섬유소 합성원료로 사용된다.

- 식물의 광합성에 의해 생성된 탄수화물은 글루코오스와 같은 단당류가 화학적으로 안정하지 않기 때문에 녹말로 저장되거나 sucrose의 형태로 전환되어 수송된다. 광합성에 의해 엽록체에서 생산된 3탄당은 엽록체에서 녹말로 합성되어 일시적으로 저장되었다가 밤이 되면 3탄당으로 분해되면서 시토졸로 나

와 설탕으로 전환된 후 비광합성 조직(뿌리, 씨앗)으로 운반된다. 각 조직으로운반된 sucrose는 필요에

따라 에너지원 혹은 물질합성원료로 사용된다. 곡류의 종자, 고구마와 같은 저장조직에서는 녹말로 전환되어 저장된다. 세포막에서는 섬유소 합성원료로 사용된다.

​

15.5.5 다당류 분해와 합성

​

1. 분해,

2. 저장다당류 합성,

3. 식물세포벽 합성

- 잉여 글루코오스는 식물에서는 녹말,

동물에서는 글리코겐으로 합성되어 저

장되었다가 필요한 경우 분해되어 이

용된다. 이들이 분해되기 위해서는

ADP와 AMP가 필요하고 이들이 합성

되기 위해서는 이중인산, ADP(UDP)가

필요한데 이들이 역반응에 이용될 수

없는 반응환경 때문에 분해와 합성은

별도의 독립적인 경로에 의해 이루어

진다.

- 섬유소는 식물의 세포막에서

sucrose를 원료로 하여 합성된다

(1) 분해

① 녹말

㉮ 동물의 식이녹말은 α-아밀라아제(α-amylase), β-아밀라아제(β-amylase), 올리고(α-1,6→α-1,4)글루칸전달효소[oligo(α-1,6→

α-1,4) glucanotransferase], α-1,6-글루코시다아제(α-1,6-glucosidase)에 의해 글루코오스로 분해된다.

㉯ 식물체에 저장되어 있던 녹말이 이용되는 경우는 녹말 가인산분해효소(starch phosphorylase), α-1,6-글루코시다아제에 의해

분해되어 glucose-1-인산을 생산한다.

② 글리코겐

동물에 저장된 글리코겐 가인산분해효소(glycogen phosphorylase), α-1,6-글루코시다아제에 의해 식물체에 저장된 녹말과 동일

한 과정으로 분해되어 glucose-1-인산을 생산한다.

(2) 저장 다당류 합성

㉮ 글루코오스-1-인산을 원료로 하여 UDP-글루코오스 피로포스포릴라아제(UDP-glucose pyrophosphorylase), 글리코겐 생성

효소(glycogen synthase), 아밀로-(1,4→1,6)-글리코실전달효소[분지생성효소, amylo-(1,4→1,6)-transglycosidase]에 의해 글

리코겐이 합성된다. 글리코겐은 주로 간, 근육에서 합성된다.

㉯ 녹말이 합성되는 과정은 글리코겐과 유사하다. 다만 글리코겐 합성 시에는 UTP가 사용되는데 녹말에서는 ATP가 사용된다.

(3) 섬유소(cellulose) 합성

형질 막에서 sucrose를 원료로 하여 sucrose synthase, cellulose synthase에 의해 합성된다.

15.5.4 글리옥실산회로

- 크렙스회로는 원래 에너지를 생산하는 것이 주기능이기 때문에 아세틸CoA의 두 탄소를 이산화탄소로 산화하여 소모하는 것이다.

아세틸 CoA가 탄수화물 합성원료로 사용될 수 있기위해서는 탄소가 옥살로아세트산으로 보존될 수 있어야 한다. 즉 이산화탄소로

소모되는 과정이 없어야 한다.

- 탄소가 2개인 아세틸 CoA 두 분자의 탄소가 모두 옥살로아세트산에 보존된 것이다.

㉮ 광합성 능력이 떨어지는 어린 묘목이나 지방 함량이 높은 유량종자(지방종자)들은 지방산 분해물인 acetyl CoA를 에너지원으로

이용하거나 물질 합성원료로 사용한다. 에너지원으로 사용할 경우에는 크렙스회로에서 사용된다. 크렙스회로의 중간산물인 옥살

로아세트산이 글루코오스 신생합성경로를 통하여 글루코오스로 전환되어 물질 합성의 원료로 사용될 수 있는데, acetyl CoA의

탄소는 크렙스회로에서 옥살로아세트산으로 되기 전에 모두 이산화탄소로 분해되어 소실되기 때문에 물질 합성원료로 사용될

수 없다. 그러므로 acetyl CoA가 물질 합성원료로 사용되기 위해 크렙스회로가 아닌 다른 경로가 필요하며, 글리옥실산회로가 이용된다.

㉯ 글리옥실산회로는 크렙스회로 중간에서 이산화탄소가 생성되는경로를 피해 옥살로아세트산이 합성되는 경로로 구성되며 글리옥시솜에서 일어난다. 유량종자가 발아하면 글리옥시솜이 세포에 형성되고, 식물이 성장하여 광합성을 하게 되면 글리옥시솜은 사라진다.

▸포도당신생합성(葡萄糖新生合成, Gluconeogenesis, 줄여서 GNG)은 젖산이나 글리세롤같은 탄수화물이 아닌 물질로

포도당을 만드는 대사경로이다. 포도당신생합성은 사람과 다른 많은 동물들이 혈당량이 떨어지는 것을 방지하기 위해

사용하는 두 가지 방법 중의 하나이다. 다른 방법으로 혈당을 떨어지는 것을 막는 것은 글리코젠의 분해로 당을 만드는

당합성(glycogenolysis)이다. Gluconeogenesis(포도당신생합성)와 Glycogenolysis(당합성)는 구별한다

1. 포도당 신생합성(gluconeogenesis)

⑴ 동물세포 : 간에서 일어남

⑵ 호르몬 조절

① 글루카곤, 글루코코르티코이드 : 포도당신생합성 촉진

② 인슐린 : 포도당신생합성 억제

2. 포도당 신생합성 메커니즘 : 해당과정 역반응

⑴ 피루브산 → OAA(옥살로아세트산, oxaloacetic acid) 전환

① 효소 : 피루브산 카르복실라아제(pyruvate carboxylase), 미토콘드리아 내부에 위치

② 음성피드백 : 아세틸 coA 가 피루브산 카르복실라아제 촉진 → 포도당 신생합성↑, 해당과정 ↓ → 아세틸 coA↓

⑵ OAA → PEP 전환

① 효소 : PEP 카르복시키나아제(PEP carboxykinase), 세포질에 위치

② OAA 1 분자당 1 GTP 사용

○ 해당과정 : -2 ATP , +4 ATP

○ 포도당 한 분자를 생성함에 있어 2 GTP (OAA → PEP) + 4 ATP, 총 6 NTP 가 사용

⑶ 과당 1,6 이인산 → 과당 6 인산 전환

① 효소 : 과당 1,6 이인산탈인산화효소(FBPase, fructose-1,6bisphosphatase), 세포질에 위치

○ 역반응 효소 : PFK-1, 세포질에 위치

② 효소 알로스테릭 조절 : 과당 2,6 이인산은 억제, 글루카곤은 촉진, 인슐린은 억제

⑷ 포도당 6 인산 → 포도당 전환

① 효소 : 포도당 6 인산 탈인산화효소(glucose-6-phosphatase), 활면소포체 내부에 위치

○ 역반응 효소 : hexokinase, 세포질에 위치

⑸ 포도당 6 인산 → 포도당 1 인산

⑹ 포도당 1 인산 : 글리코겐 사슬의 4 번 혹은 6 번 탄소에 탈수중합반응을 통해 첨가

⑺ 인산화, 탈인산화 : 글리코겐 포스포릴라아제(glycogen phosphorylase)

① 인슐린 : 탈인산화

② 글루카곤 : 인산화

3. Cori 회로

⑴ 간에서 일어나는 젖산의 포도당 신생합성 반응

① 알코올을 이용한 포도당 신생합성은 없음

⑵ 과정

① 간은 골격근으로 포도당을 보냄

② 골격근은 젖산을 생성

③ 생성된 젖산은 다시 간으로 보내짐

④ 간에서 포도당 합성

⑶ 활발한 운동시

① 근육

○ 달리는 중에 해당과정이 왕성하고, NADH → NAD+(즉, 젖산발효)는 느린 반응이므로 NAD+/NADH 가 낮아짐

○ 운동 후 NAD+,NADH 농도가 정상화됨, 즉 NAD+/NADH 가 높아짐

② 간 : 정상적으로 세포호흡이 일어나 NAD+/NADH 가 높음

4. 글리옥시산 회로

⑴ 정의 : 식물의 포도당 합성경로

<교재 요약>

탄수화물 대사

생물체 대사골격 : 에너지 생산 대사, 물질 합성 대사

에너지 생산 대사 : 광합성 생물체, 비광합성 생물체

·광합성 생물체 :

①광에너지를 이용한 대사체계

②광합성에서 생산되는 ATP는 엽록체에 에너지 공급

③미토콘드리아와 시토졸에서 필요한 에너지는 광호흡에서 생산된 NADH가 공급

④빛이 없거나 광합성을 하지 않는 세포는 비광합성 유기영양 생물체와유사한 에너지 생산

·비광합성 생물체

①유기물의 화학에너지 이용

②해당작용, 크렙스(=TCA=시트르산)회로, 전자전달계

- 물질합성 대상 :

①환원상태의 고에너지 물질을 합성 ②환원제(NADH), 에너지(ATP), 탄소원(CO2, 유기물)필요

탄수화물 대사 골격 : 에너지생산대사, 물질 합성 대사, 에너지생산 대사

①해당작용, 크렙스회로, 전자전달계 ②혐기상태 : 해당작용만 운용

③호기상태 : 모두 운용 ④가장 많이 사용되는 원료 : 글루코오스

⑤전체적으로 산화반응물질 합성 대사

①해당작용 및 크렙스회로의 중간물질이 원료가 됨 ②전체적으로 환원반응

해당작용 :

①세포의 시토졸에서 ②분자 내부결합의 재배치에 의해 에너지 생산

③글루코오스가 피루브산으로 분해 되는 과정

④호기상태 : 2ATP, 2NADH 생산

⑤혐기상태 : 2ATP 생산(발효과정에서 NAD+ 재생)크렙스회로

①미토콘드리아 내부 기질에서 ② 2GTP(ATP), 8FADH2 생산

전자전달계

①미토콘드리아 내막에서 ②마지막 전자수용체는 산소

③크렙스회로에서 1NADH→2.5ATP, 1FADH2→1.5ATP

④해당작용에서

·글리세로인산 셔틀 : 근육, 뇌

1NADH→1.5ATP(2NADH→3ATP)

·말산-아스파르트산 셔틀 : 심장, 신장

1NADH→2.5ATP(2NADH→5ATP)

총 ATP생산량

·동물 : 해당작용(2)+크렙스회로(2)+전자전달계(26 or 28) = 30 or 32 ATP

·식물 : 해당작용(2)+크렙스회로(2)+전자전달계(26) = 30 ATP(by. 해당작용 1NADH→1.5ATP)

-원핵생물의 에너지 대사

·진핵생물과 유사한 것

①전자전달계가 동물과 식물과 달리 원형질막에 있음

②∴1NADH→3ATP, 1FADH2→2ATP

③∴총 ATP생산량 : 38 ATP

·해당작용 대체경로 : 펜토오스-인산경로

·전자전달계 대체경로 : 전자수용체가 산소가 아님

·화학무기영양 세균

- 펜토오스-인산경로

①시토졸에서 ②NADPH, 5탄당, 에리트로오스-4-인산 합성

글루코오스 신생합성 :

①해당작용의 역반응과 유사, 비가역반응 구간은 우회

②동물 : 주로 간에서 합성 근육과 뇌로 수송

③식물 : 광합성 산물인 3탄당이 글리옥실산회로와 글루코오스 신생합성경로를 통해 글루코오스 합성

④미생물 : 광합성(글루코오스 신생합성경로), 비광합성(환원성 크렙스회로, 아세틸 CoA경로, 3-이드록시프로피온산회로)

탄수화물 상호 전환(식물)

·3탄당(낮)→녹말(낮)→3탄당(밤)→수크로오스(밤)→종자로 운반(녹말) or 섬유소

저장 다당류 합성 : 글리코겐(UTP사용), 녹말(ATP사용)

글리옥실산회로

①어린 묘목, 지방 함량이 많은 유량종자

②아세틸CoA를 에너지원이나 물질합성 원료로 사용

③탄소가 크렙스회로에서 CO2로 소실되므로

④글리옥시솜에서...식물이 성장하여 광합성을 하면 글리옥시솜은 사라짐.

​

[교재 요약2]

⦁해당작용에서 NADH가 생산되는 반응은 글리세르알데히드-3-인산이 1,3-비스포스코글리세르산으로 전환되는 반응이다.

⦁혐기상태와 호기상태의 에너지생산 대사에서 NAD⁺가 보충되는 현상의 차이는 혐기대사에서는 NADH가 피루브산을 젖산 혹은 에

틸알코올로 전환하는 데 이용됨으로서 NAD⁺가 생성⦁보충된다. 호기상태에서는 NADH의 전자가 전자전달계에 전달됨으로써 NAD

⁺가 생성되어 보충된다.

⦁펜토오스-인산경로에서 생산되는 것으로 에너지원으로 사용될 수 있는 것은 프룩토오스-6-인산, 글리세르안데히드-3-인산이다.

⦁진핵생물에서는 ATP가 미토콘드리아에서 시토졸로 이동하는 데 에너지가 필요하고, 원핵생물은 ATP가 시토졸에서 생산되기 때문

에 ATP가 필요로 하는 장소로 이동하는 데 추가적으로 에너지가 필요하지 않기 때문이다.

⦁글리옥실산회로에 의해 아세틸 CoA의 탄소가 물질 합성의 원료로 이용될 수 있는 이유는 아세틸 CoA의 탄소가 이산화탄소로 산

화, 소실되는 단계가 없어 물질 합성에 필요한 중간물질인 옥살로아세트산 합성에 이용된다.

⦁진핵생물에서 해당작용은 시토졸, 크렙스회로는 미토콘드리아의 기질, 전자전달계는 미토콘드리아 내막에서 일어난다.

⦁동물의 에너지생산 대사체계는 해당작용→크렙스회로→전자전달계에 이르는 한 가지 체계이며 글루코오스 한 분자당 30 혹은 32분자의 ATP를 생산한다. 작물은 광합성을 하고 있는 동안(광에너지가 존재하는 동안)은 명반응에서 생산되는 ATP와 광호흡에서 생산되는 NADH가 전자전달계에서 생산하는 ATP를 사용한다. 그러므로 광합성세포는 광에너지가 존재하는 동안은 글루코오스를 에너지원으로 사용하지 않는다. 식물은 어두울 때 해당작용→크렙스회로 →전자전달계에 이르는 대사체계에서 글루코오스가 이용되어 ATP를 생산한다. 식물의 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계는 대체로 동물과 동일하나 시토졸에서 생산된 NADH의 전자가 전자전

달계로 전달되는 체계가 다르기 때문에 동물과는 달리 글루코오스 한분자로부터 30분자의 ATP가 생산된다.

⦁광합성 결과 생산된 3탄당은 엽록체에서 녹말로 일시적으로 저장되었다가 3탄당으로 분해된 후 시토졸로 나와 sucrose로 전환된후 다른 조직으로 운반된다.

⦁펜토오스-인산경로의 주목적은 합성대사에서 환원제로 사용되는 NADPH와 핵산 합성원료로 사용되는 오탄당을 생산하는 것이다.

⦁acetyl CoA의 acetyl기는 2개의 탄소로 구성되어 있는데 크렙스회로에서 이산화탄소가 두 분자 발생한다. 그러므로 acetyl CoA의탄소가 모두 이산화탄소로 소실되는 것이다. 그러므로 이산화탄소가 발생하는 반응을 거치지 않고 acetyl CoA의 탄소가 모두 옥살로아세트산의 탄소로 보존되는 경로가 필요한데, 글리옥실산회로가 이러한 조건을 충족한다.

​

[인강연습문제]

1. 동물과 식물의 에너지생산대사의 차이를 대별 하시오.

※① 동물 대사체계 : 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계 펜토오스-인산 경로 glucose 한 분자가 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계에서

이용될 때 ATP 량 : 30-32분자

② 식물 대사체계 : 광합성 명반응, 광호흡 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계 펜토오스-인산 경로 glucose 한 분자가 해당작용, 크렙

스회로, 전자전달계에서 이용될 때 ATP 량 : 30분자

2. glucose 한 분자가 해당작용에서 생산하는 에너지관련 물질을 제시하시오.

☞ ATP 2분자, NADH 2분자, 피루브산 2분자.

※ NADH는 전자전달계에서, 피루브산은 크렙스 회로에서 에너지를 생산하기 때문에 NADH와 피루브산도 에너지관련 물질이다.

3. NADH 한 분자가 전자전달계에서 생산하는 ATP의 량이 진핵세포와 원핵세포에서 각기 2.5분자, 3분자로 다른 이유는 무엇인가 ?

☞진핵세포의 경우 전자전달계에서 생산된 ATP가 미토콘드리아 외부의 필요한 장소로 운송되기 위해 막간강에서 기질로 수소이온 한

개가 이동하는만큼의 에너지가 필요하기 때문이다.

4. 광이 존재하는 상태의 식물 엽록체에서 필요한 에너지를 공급하는 ATP가 생산되는 대사는 ? ☞ 광합성 명반응

5. 동물체에서 식이다당류의 분해와 체내 저장 다당류 분해의 차이는 무엇인가?

☞식이다당류는 포도당(glucose)으로 분해된다. 체내저장다당류는 글루코오스-1-인산으로 분해된다.

[교재 연습문제]

1. 작물과 가축에서 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계가 존재하는 세포에서의 위치를 각기 옳게 제시한 것은?

→ 진핵생물에서 해당작용은 시토졸, 크렙스회로는 미토콘드리아의 기질, 전자전달계는 미토콘드리아 내막에서 일어난다.

2. 가축, 작물에서 글루코오스 한 분자가 호기 에너지생산 대사에서 생산하는 ATP의 양을 옳게 제시한 것은?

→ 동물의 에너지생산 대사체계는 해당작용 → 크렙스회로 → 전자전달계에 이르는 한 가지 체계이며 글루코오스 한 분자당 30 혹은

32분자의 ATP를 생산한다. 작물은 광합성을 하고 있는 동안(광에너지가 존재하는 동안)은 명반응에서 생산되는 ATP와 광호흡에서 생

산되는 NADH가 전자전달계에서 생산하는 ATP를 사용한다. 그러므로 광합성세포는 광에너지가 존재하는 동안은 글루코오스를 에너지

원으로 사용하지 않는다. 식물은 어두울 때 해당작용 →크렙스회로 → 전자전달계에 이르는 대사체계에서 글루코오스가 이용되어 ATP

를 생산한다. 식물의 해당작용, 크렙스회로, 전자전달계는 대체로 동물과 동일하나 시토졸에서 생산된 NADH의 전자가 전자전달계로

전달되는 체계가 다르기 때문에 동물과는 달리 글루코오스 한 분자로부터 30분자의 ATP가 생산된다.

3. 식물이 낮에 광합성 결과 생산한 3탄당의 변화경로를 적절하게 제시한 것은?

① 3탄당 → glucose → 녹말 → 종자로 운반 → 녹말

② 3탄당 → 녹말 → 종자로 운반 → 글루코오스

③ 3탄당 → 녹말 → sucrose → 종자로 운반 → 녹말

④ 3탄당 → 녹말 → 글루코오스 → 종자로 운반 → 녹말

정답 ③

→ 광합성 결과 생산된 3탄당은 엽록체에서 녹말로 일시적으로 저장되었다가 3탄당으로 분해된 후 시토졸로 나와 sucrose로 전환된 후

다른 조직으로 운반된다.

4. 펜토오스-인산경로의 주요 생산물은?

① NADH, ATP ② NADH, FADH2 ③ NADH, 5탄당 ④ NADPH, 5탄당

정답 ④

→ 펜토오스-인산경로의 주 목적은 합성 대사에서 환원제로 사용되는 NADPH와 핵산 합성원료로 사용되는 오탄당을 생산하는 것이다.

5. 식물종자에서 acetyl CoA로부터 글루코오스를 합성할 때 옥살로아세트산을 합성 한 후에 글루코오스 신생합성경로를 통하여 글루코

오스를 합성하는데 옥살로아세트산을 크렙스회로를 통하여 합성하지 않고 글리옥실산회로를 이용하는 이유는 무엇인가?

① 종자에는 크렙스회로에 필요한 효소가 없다. ② 크렙스회로를 통하면 acetyl CoA의 탄소가 모두 이산화탄소로 소실되기 때문이다.

③ 종자에서는 ATP 소비량이 많으므로 크렙스회로는 ATP 생산을 위해 운용되기 때문이다.

④ 글리옥실산회로는 에너지효율이 높다.

정답 ②

→ acetyl CoA의 acetyl기는 2개의 탄소로 구성되어 있는데 크렙스회로에서 이산화탄소가 두 분자 발생한다. 그러므로 acetyl CoA의

탄소가 모두 이산화탄소로 소실되는 것이다. 그러므로 이산화탄소가 발생하는 반응을 거치지 않고 acetyl CoA의 탄소가 모두 옥살로

아세트산의 탄소로 보존되는 경로가 필요한데, 글리옥실산회로가 이러한 조건을 충족한다.

6. 혐기상태와 호기상태에서 글루코오스 1분자가 식물체에서 생산할 수 있는 ATP의 양은 어떤 차이가 있는가?

→ 혐기상태 : 2ATP, 호기상태 :30ATP

<교재 연습문제>

1. 해당작용에서 NADH가 생산되는 반응은 어디인가?

→ 1. 글리세르알데히드-3-인산이 1,3-비스포스포글리세르산으로 전환되는 반응

2. 혐기상태와 호기상태의 에너지생산 대사에서 NAD＋가 보충되는 현상의 차이는 무엇인가?

→ 혐기대사에서는 NADH가 피루브산을 젖산 혹은 에틸알코올로 전환하는 데 이용됨으로써 NAD＋가 생성·보충된다. 호기상태에서는

NADH의 전자가 전자전달계에 전달됨으로써 NAD＋가 생성되어 보충된다.

3. 펜토오스-인산경로에서 생산되는 것으로서 에너지원으로 사용될 수 있는 것은 무엇인가?

→ 프룩토오스-6-인산, 글리세르알데히드-3-인산

4. 진핵생물과 원핵생물의 NADH 한 분자로부터 생성될 수 있는 ATP가 각기 2.5분자, 3분자로서 다른 이유는 무엇인가?

→ 진핵생물에서는 ATP가 미토콘드리아에서 시토졸로 이동하는 데 에너지가 필요하고, 원핵생물은 ATP가 시토졸에서 생산되기 때문

에 ATP가 필요로 하는 장소로 이동하는 데 추가적으로 에너지가 필요하지 않기 때문이다.

5. 글리옥실산회로에 의해 아세틸 CoA의 탄소가 물질 합성의 원료로 이용될 수 있는 이유가 되는 회로의 특성은 무엇인가?

→ 아세틸 CoA의 탄소가 이산화탄소로 산화, 소실되는 단계가 없어 물질 합성에 필요한중간물질인 옥살로아세트산 합성에 이용된다.

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