포도당의 해당과정(Glycolysis), 피루브산의 산화와 Acetyl CoA의 생성
앞서 작성했던 포스팅의 탄수화물 중 포도당의 해당과정을 통하여 에너지를 얻는 과정에 대해 정리해보고자 한다.
해당과정(Glycolysis) 배경 및 개념
해당과정은 '당을 분해하는 과정'이며, 포도당(Glucose, 이전 이름:Glycose)을 피루브산(pyruvic acid)으로 산소의 도움없이 전환하는 대사 경로이다. 이 과정에서 고에너지 분자인 ATP와 NADH가 생성되어 세포에 필요한 에너지로 이용된다. 해당과정은 거의 모든 생명체에서 산소의 유무와 관계없이 일어나며, 가장 오래된 대사과정의 하나이다. 해당과정은 포도당 대사에 있어 가장 중심이 되는 과정으로, 효모에서부터 모든 동식물까지 잘 보존되어 있다.
해당과정
포도당으로부터 세포에 필요한 에너지를 생성하는 과정을 세포호흡이라고 하는데, 해당과정은 세포호흡 중 일부의 과정이며 해당과정을 통하여 한 분자의 포도당은 2분자의 피루브산, 2분자의 ATP, 2분자의 NADH를 생성한다.
해당과정을 간략하게 설명하면, 포도당은 세포질에서 해당과정을 거쳐 피루브산으로 전환되고 이때 피루브산은 미토콘드리아의 기질(matrix)내로 이동하여 TCA회로를 거쳐 NADH와 FADH2을 생성한다. 이렇게 TCA 회로를 거쳐 생성된 NADH와 FADH2는 미토콘드리아 내막의 전자전달계에서 산화적 인산화(oxidative phosphorylatin) 반응을 통해 ATP 생성에 사용된다.
구체적인 과정으로는, 1분자의 glucose(포도당)이 hexokinase에 의해 ATP로부터 포도당으로 인산기를 전달시켜 glucose-6-phosphate을 만들며, 이는 포도당인산 이성질화효소에 의해 이성질체인 fructose-6-phosphate로 전환되고, phosphofructokinase가 ATP를 이용하여 fructose-1,6-phosphate를 생성한다. 이후, aldolase는 6탄당인 fructose-1,6-phosphate를 서로 다른 3탄당의 이성질체(dihydroxyacetonephosphate, glyceraldehyde-3-phosphate)로 나눈다. 이 중, glyceraldehyde-3-phosphate가 생성이 되자마자 삼탄당 인산 탈수소 효소에 의해 당이 산화되어 전자를 NAD+로 전달하여 2NADH를 생성하며(이 과정중에 산화환원반응으로부터 높은 에너지를 생성하게 된다.) 1,3-bisphosphoglycerate(1,3BPG)가 생성된 후에 2ATP를 방출하며 3-phosphoglycerate가 생성되고 이 후, 2-phosphoglycerate가 생성된 후, phosphoenopyruvate가 생성되고 피루브산 인산화효소에 의해 2분자의 ATP를 방출하며 2분자의 피루브산이 형성된다.
즉, 1분자의 포도당은 해당과정은 2분자의 ATP를 이용하여 2분자의 NADH와 4분자의 ATP, 2분자의 피루브산을 생성하는 과정이다. (최종적으로 2NADH와 2ATP, 2pyruvate를 생성함)
피루브산(Pyruvate)의 산화 : Acetyl CoA
해당과정은 세포에서 포도당에 의해 생성될 수 있는 에너지의 약 1/4만을 방출시킨다. 따라서, 대부분의 에너지는 두 분자의 피루브산에 남아있게 된다. 이때, 산소분자가 존재하면 피루브산은 미토콘드리아로 들어가서 포도당의 산화를 완성하게 된다.
포도당의 해당과정을 통하여 생성된 피루브산은 산소가 있을 때, 능동수송을 통하여 미토콘드리아 내로 들어가며, 피루브산의 카르복실기(COO-)가 제거되어 CO2 를 방출한다. 이로써 3탄당의 피루브산은 2탄당이 되고, 남아있는 2탄당은 산화되어 아세트산(acetate)을 생성한다. 추출된 전자는 NADH의 형태로서 에너지를 저장하며 Acetyl CoA를 형성한다.
오늘은 포도당이 체내에서 에너지원으로 사용되기 위한 과정의 일부인 해당과정과 피루브산의 산화인 Acetyl CoA의 생성에 대해서 알아보았다. 포도당이 해당과정을 통하여 피루브산을 2분자 생성하고, 피루브산은 미토콘드리아 내에서 산화하여 Acetyl CoA를 생성한다. 이렇게 생성된 Acetyl CoA는 TCA회로(시트르산 회로)를 거치며 산화적 인산화를 거쳐 체내에 필요한 에너지를 생성하는데 이에 대한 TCA회로와 산화적 인산화는 다음의 포스팅에 작성할 예정이다.!