인체생리학 레포트 - 세포호흡이 생명체가 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 과정임을 설명하시오.

I. 서론

계단을 빠르게 올라간 뒤 숨이 차면 몸이 산소를 더 많이 필요로 한다는 사실을 바로 느낄 수 있다. 그때 근육세포 안에서는 음식으로 들어온 유기물의 에너지를 ATP라는 사용 가능한 형태로 바꾸는 반응이 계속되고 있다. 포도당을 태운다고 표현하기도 하지만 세포 안에서 불꽃이 생기는 것은 아니다. 많은 효소가 유기물을 여러 단계로 나누어 산화하고, 그때 나온 전자를 운반체에 잠시 담았다가 막을 사이에 전기화학적 차이를 만드는 데 쓴다. 세포호흡은 유기물의 화학 에너지를 한꺼번에 열로 잃지 않고 생명활동에 쓸 수 있는 ATP로 옮기는 정교한 분해 과정이다.

II. 본론

1) 포도당의 결합 에너지를 작은 단계로 꺼내는 해당과정

세포호흡의 출발 물질로 가장 자주 설명되는 것은 포도당이다. 포도당에는 탄소와 수소 사이의 화학결합에 에너지가 저장되어 있다. 세포는 포도당을 한 번에 이산화탄소와 물로 바꾸지 않고 여러 반응을 거쳐 조금씩 산화한다. 반응을 단계로 나누면 방출되는 에너지를 ATP 합성과 환원형 전자 운반체 생성에 붙잡을 수 있다. 에너지를 바로 쓰기 어려운 큰 단위에서 세포가 필요한 순간에 사용할 수 있는 작은 화학 에너지 단위로 바꾸는 셈이다. ATP는 인산기 결합의 변화와 함께 근육 수축, 능동수송, 생합성 같은 많은 세포 활동에 에너지를 전달한다.

세포호흡을 이해하려면 산화와 환원을 함께 봐야 한다. 유기물이 산화된다는 말은 전자를 잃는다는 뜻이고, 그 전자는 사라지지 않고 다른 분자가 받는다. NAD+와 FAD는 전자를 받아 NADH와 FADH2로 환원되며 에너지를 전자전달계까지 운반한다. 포도당의 탄소는 점차 산화되어 이산화탄소가 되고, 전자는 끝에서 산소로 이동한다. 에너지 흐름과 전자 흐름이 붙어 있기 때문에 전자 운반체의 산화형과 환원형 비율이 대사 속도에도 큰 영향을 준다.

해당과정은 세포질에서 일어나며 6탄당인 포도당 1분자를 3탄당인 피루브산 2분자로 나눈다. 초반에는 ATP를 써서 포도당을 반응하기 쉬운 상태로 만들고, 뒤쪽에서는 기질수준 인산화로 ATP를 회수한다. 전체 해당과정에서 포도당 1분자당 ATP 2분자가 순수하게 남고 NADH도 만들어진다. 해당과정이 중요한 까닭은 산소를 직접 사용하지 않고도 ATP를 만들 수 있기 때문이다. 미토콘드리아가 없는 적혈구도 해당과정에 의존해 ATP를 얻는다. 산소 공급이 충분하지 않은 근육에서도 해당과정 자체는 계속될 수 있다.

해당과정에서 나온 피루브산의 운명은 세포 환경에 따라 달라진다. 산소가 충분하고 미토콘드리아를 가진 세포에서는 피루브산이 미토콘드리아 안으로 들어가 더 완전하게 산화된다. 산소가 부족하면 사람의 근육세포에서는 피루브산이 젖산으로 바뀌는 반응이 늘어난다. 이 반응의 중요한 역할은 NADH를 NAD+로 되돌려 해당과정이 계속 진행될 수 있게 하는 데 있다. 산소가 없을 때 얻는 ATP 양은 적지만 급하게 에너지가 필요한 상황에서 짧은 시간 버틸 수 있게 한다. 그래서 무산소 상태의 대사는 실패한 호흡이 아니라 제한된 조건에서 ATP 생산을 이어 가는 방법이다.