유기호흡

요약 산소가 존재하는 상태에서 산소를 이용하여 에너지를 만들어 내는 과정으로, 대부분의 생물은 유기호흡(산소호흡)을 한다.

호흡은 산소 사용 여부에 따라 유기호흡과 무기호흡으로 나뉜다. 일부 생물들은 처한 환경이나 경우에 따라 산소를 사용하지 않고 에너지를 만들어내는 무기호흡을 진행하기도 하지만 대부분의 생물은 산소를 이용한 유기호흡을 통해 에너지를 얻는다.

해당과정

유기호흡은 크게 해당과정, TCA회로, 전자전달계의 세 과정으로 진행된다. 해당과정은 당을 분해하는 과정이다. 우리가 음식으로 섭취하는 탄수화물은 매우 큰 분자이다. 이 분자들은 소화기를 거치면서 작게 잘라지는데, 이때 작게 잘라진 조각이 포도당이다. 포도당은 몸 속으로 흡수되어 각 세포로 운반되지만 포도당분자만으로는 에너지를 얻을 수 없으며, 세포 내에서 포도당은 더 작게 분해되어야 한다. 해당과정은 포도당을 반으로 잘라 두 개의 피루브산으로 만드는 과정이며 세포질에서 일어난다. 이 때 ATP라는 물질과 NADH라는 물질도 2개씩 얻어진다. (ATP : 2개, NADH : 2개)

TCA회로

여기서 호흡이 끝나는 것이 아니라, 해당과정에서 만들어진 피루브산이 TCA회로에 투입된다. 피루브산 한 분자가 투입되면 이산화탄소가 세 분자 생성되고, 4개의 NADH와 1개의 FADH₂, 1개의 ATP가 함께 만들어진다. 포도당 한 분자로부터 피루브산이 두 분자 만들어지므로, 포도당 한 분자로부터 6개의 이산화탄소와 8개의 NADH, 2개의 FADH₂, 2개의 ATP가 만들어진다고 볼 수 있다. 이 과정은 미토콘드리아의 기질에서 일어난다. (ATP : 2개, NADH : 8개, FADH₂ : 2개)

전자전달계

해당과정과 TCA회로를 통해 만들어지는 물질 중 ATP가 바로 에너지원으로 사용된다. 그렇지만 직접적으로 만들어진 ATP만을 사용하면 에너지의 양이 너무 적다. 이를 보완해주는 것이 바로 NADH와 FADH₂이다. NADH와 FADH₂는 직접 에너지원으로 사용할 수는 없지만 이들을 이용해 ATP를 만들 수가 있다. NADH와 FADH₂로부터 ATP를 추가적으로 만들어내는 곳이 바로 전자전달계이며, 이때 전자운반체로서 산소가 필요하다. 전자전달계 과정은 미토콘드리아의 내막에서 일어난다. NADH₂와 FADH₂는 전자전달계로 건너와 각각 3개, 2개씩의 ATP를 만든다.

만들어지는 에너지

따라서 ATP는 해당과정에서 2개, TCA회로를 통해 2개, 전자전달계를 통해 34개가 만들어져 총 38개를 얻는다. 그런데 진핵세포의 경우, 해당과정에서 만들어진 2개의 NADH가 전자전달계에 투입되기 위해 세포질에서 미토콘드리아 내부로 들어갈 때 2개의 ATP를 소모한다. 따라서 총 36개의 ATP를 만들어낸다. 이는 포도당 한 분자에 대해 만들어지는 양이며, 무기호흡이 포도당 한 분자를 이용해 2개의 ATP를 만든다는 점을 감안하면 매우 효율적인 에너지 생성 방법임을 알 수 있다.