세포 호흡: 두 판 사이의 차이

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'''세포 호흡'''({{lang|en|cellular respiration}})은 [[물질대사]]과정 중 하나로 생명체가 [[유기 화합물]]을 분해하여 에너지를 얻는 과정을 뜻한다. 생명체는 세포호흡을 통해서 얻은 에너지를 사용하여 다른 생명활동에 사용한다. 세포 호흡은 [[산소]]가 소비되는 유기호흡({{lang|en|aerobic respiration}})과 [[산소]]가 사용되지 않는 [[무기호흡]]({{lang|en|anaerobic respiration}}) 과정으로 나눌 수 있다. [[발효]] 과정에는 [[산소]]가 사용되지 않으므로 [[발효]]는 [[무기호흡]]의 일종으로 분류된다.
 
== 유기호흡 ==
유기호흡은 세포 호흡 중 [[산소]]를 사용하는 호흡 기작을 의미한다. 세포 호흡의 과정을 반응식으로 간단히 나타내면 다음과 같다.
::<math>\rm C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_2 \ \longrightarrow \ 6CO_2 + 6H_{2}O + energy</math>
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유기호흡은 크게 세 단계로 나뉠 수 있다. 첫 번째 단계는 [[해당과정]]으로 [[포도당]]을 [[피루브산]]으로 [[산화]]시켜 에너지를 [[아데노신 삼인산|ATP]], [[NADH]]의 형태로 얻는 단계이다. 두 번째 단계는 [[TCA 회로]]로, [[해당과정]]으로 생성된 [[피루브산]]을 더 [[산화]]시켜 에너지를 [[아데노신 삼인산|ATP]]와 [[NADH]], [[FAD|FADH<sub>2</sub>]]등의 형태로 얻는다. 마지막 단계인 [[산화적 인산화]] 단계는 [[NADH]]와 [[FAD|FADH<sub>2</sub>]]를 이용하여 이들이 가진 에너지를 생명체가 사용할 수 있는 형태인 [[아데노신 삼인산|ATP]]로 바꾸는 단계이다.
<references/>
=== 해당과정 ===
{{본문|해당과정}}
[[해당과정]]은 [[포도당]]을 [[피루브산]]으로 [[산화]]시켜 에너지를 얻는 단계이며, 이는 [[세포질]]에서 진행된다. [[해당과정]]은 크게 에너지 투자기와 에너지 회수기로 나뉠 수 있다. 에너지 투자기에서는 [[포도당]] 한 [[분자]] 당 [[아데노신 삼인산|ATP]] 두 분자가 소비된다. 에너지 회수기에서는 [[포도당]] 한 분자 당 [[아데노신 삼인산|ATP]] 네 분자와 [[NADH]] 두 분자가 생성되고 [[포도당]]은 두 분자의 [[피루브산]]과 두 분자의 [[물]]로 분해된다. 결과적으로 [[해당과정]]에서는 [[포도당]] 한 분자가 [[피루브산]] 두 분자와 [[물]] 두 분자로 분해되며 [[아데노신 삼인산|ATP]] 두 분자와 [[NADH]] 두 분자를 생성한다. 생성된 [[NADH]]는 [[미토콘드리아]]로 이동하여 이후 [[산화적 인산화]]에 사용된다. 전체 과정을 하나의 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
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=== TCA 회로 ===
[[그림파일:Citricacidcycle ball.png|thumb|right|300px|TCA 회로]]
{{본문|TCA 회로}}
[[해당과정]]으로는 [[포도당]]이 가진 에너지의 일부만을 사용할 수 있는 형태로 전환할 수 있다. 나머지 에너지는 여전히 [[피루브산]]에 남아있다. 따라서 [[피루브산]]에 남아있는 에너지를 사용하기 위해서는 [[TCA 회로]]를 거칠 필요가 있다. [[해당과정]]의 결과 생성된 [[피루브산]]은 [[미토콘드리아]]의 기질로 이동한다. 충분히 [[산화]]되어 에너지가 적은 [[피루브산]]의 [[카복실기]]는 [[이산화 탄소]]의 형태로 배출되고, 남은 [[아세틸기]]만이 조효소 A(CoA)에 의해서 [[TCA 회로]]에 투입된다. 이 과정에서 [[NADH]] 한 분자가 생성된다.
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[[TCA 회로]]에 투입된 [[아세틸기]]는 [[옥살아세트산]]과 결합하여 [[시트르산]]이 되고, [[시트르산]]은 여러 과정을 거친 후에 다시 [[옥살아세트산]]이 된다. 이 과정에서 [[NADH]] 세 분자, [[FAD|FADH<sub>2</sub>]] 한 분자, [[아데노신 삼인산|ATP]] 한 분자가 생성되고 노폐물로 [[이산화 탄소]] 두 분자가 생성된다. 한 분자의 [[포도당]]은 두 분자의 [[시트르산]]을 생성하므로, 한 분자의 [[포도당]]은 [[TCA 회로]]를 거치며 여섯 분자의 [[이산화 탄소]], 여덟 분자의 [[NADH]], 두 분자의 [[FAD|FADH<sub>2</sub>]], 두 분자의 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성한다.
 
=== 산화적 인산화(전자전달계) ===
[[그림파일:ATPsynthase labelled.png|thumb|right|200px|ATP 합성효소]]
{{본문|산화적 인산화}}
[[해당과정]]과 [[TCA 회로]]에서 생성된 [[NADH]]와 [[FAD|FADH<sub>2</sub>]]는 [[포도당]]이 가지고 있던 에너지를 고에너지 [[전자]]의 형태로 소유하고 있다. 고에너지 [[전자]]를 이용하여 생명체가 사용할 수 있는 형태인 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성하는 과정이 [[산화적 인산화]] 과정이다. [[NADH]]와 [[FAD|FADH<sub>2</sub>]]가 가지고 있던 고에너지 [[전자]]는 [[미토콘드리아]]의 내막에 위치한 단백질 복합체로 옮겨지고, [[전자]]는 [[시토크롬]]을 비롯한 단백질 복합체에 에너지를 공급한다. 에너지를 모두 공급한 [[전자]]는 [[산소]]와 수소 이온과 결합하여 [[물]]을 생성한다.
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이 과정을 통해서 한 분자의 [[NADH]]는 약 세 분자의 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성할 수 있고, 한 분자의 [[FAD|FADH<sub>2</sub>]]는 약 두 분자의 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성할 수 있다. 한 분자의 [[포도당]]은 [[해당과정]]과 [[TCA 회로]]를 거치며 [[NADH]] 10 분자, [[FAD|FADH<sub>2</sub>]] 2 분자 또는 [[NADH]] 8 분자, [[FAD|FADH<sub>2</sub>]] 4 분자를 생성한다. 따라서 한 분자의 [[포도당]]이 생성할 수 있는 [[아데노신 삼인산|ATP]] 분자의 수는 32개 또는 34개이다.
 
== 무기호흡 ==
{{본문|무기호흡}}
무기호흡은 [[산소]]를 사용하지 않는 호흡 방식을 통칭한 것이다. 예를 들어 어떤 혐기성 [[세균]]은 유기호흡과 유사한 과정을 거쳐서 [[아데노신 삼인산|ATP]]를 생성하나, [[산화적 인산화]] 과정에서 에너지를 모두 사용한 [[전자]]를 [[산소]]가 아닌 [[황산 이온]]으로 넘겨주고 그 결과 [[황화 수소]]가 생성된다. 이러한 경우 [[산소]]를 사용하지 않기 때문에 [[무기호흡]]으로 분류된다. 또한 [[발효]]는 [[해당과정]]만 거칠 뿐, [[TCA 회로]]와 [[산화적 인산화]] 과정을 거치지 않기 때문에 [[산소]]가 사용되지 않는다. 따라서 [[발효]]도 [[무기호흡]]으로 분류된다.
 
=== 발효 ===
{{본문|발효}}
[[발효]] 과정에는 [[해당과정]]만이 포함될 뿐 [[TCA 회로]]나 [[산화적 인산화]]가 포함되지 않는다. [[해당과정]]이 진행된 결과 [[아데노신 삼인산|ATP]]와 [[NADH]]가 생성되는데, 생성된 [[NADH]]를 어떠한 방식으로 [[NAD|NAD<sup>+</sup>]]으로 재전환시키느냐에 따라 여러 가지 종류의 [[발효]]가 존재할 수 있다. 대표적인 [[발효]]로는 알코올 발효와 젖산 발효를 들 수 있다. 알코올 발효에서는 [[해당과정]]의 결과 생성된 [[피루브산]]에서 [[카복실기]]를 제거한 후 생성된 [[아세트알데하이드]]를 [[NADH]]로 환원시켜 [[에탄올]]을 생성한다. 젖산 발효에서는 [[피루브산]]을 바로 [[NADH]]로 환원시켜 [[젖산]]을 생성한다.
 
== 참고문헌 ==
* Campbell, N. A. et al., ''Biology'', 8th edition, San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2007.
 
[[분류:물질대사]]
 
{{Link FA|hi}}
 
[[br:Analadur]]
[[ca:Respiració cel·lular]]
[[cs:Buněčné dýchání]]
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[[fr:Respiration cellulaire]]
[[he:נשימה תאית]]
[[hi:कोशिकीय श्वसन]] {{Link FA|hi}}
[[hr:Stanično disanje]]
[[id:Aerobik]]