전자전달계효소

요약 미토콘드리아(mitochondria)나 엽록체(chloroplast)에 있는 전자전달계(electron transport system)를 구성하는 효소이다. 여러 전자전달효소간에 전자(electron)가 순차적으로 전달되면서 전자가 가진 에너지를 이용하여 양성자기울기(proton gradient)를 형성한다.

엽록체는 빛 에너지를 이용하여 ATP를 합성하고, 미토콘드리아는 영양분의 화학에너지를 이용하여 ATP를 합성한다. 다른 형태의 에너지를 이용하여 세포 내 에너지 저장 분자인 ATP를 합성하는 것은 전자전달계라는 체계를 통해 이루어지며 이 체계에서 중요한 역할을 하는 효소가 전자전달계효소이다. 빛 에너지나 영양분의 화학에너지는 전자에 전달되어 높은 에너지를 가진 전자가 만들어지고, 이 전자를 여러 전자전달계효소가 주고 받으며 전자가 가진 에너지를 방출시킨다. 이 때 방출되는 에너지를 이용하여 양성자기울기를 만들고 이 기울기를 이용하여 ATP를 합성한다. 대표적인 전자전달계효소에는 시토크롬계 효소(cytochrome a, a3, b, c, c1)가 있으며, 이들은 철(Fe)를 가지고 있다. 이 철이 2가와 3가의 양이온 상태를 오가며 전자를 전달한다.

양성자기울기

엽록체나 미토콘드리아는 전자가 가진 에너지를 이용하여 양성자를 수송하며 내막을 경계로 안과 밖의 양성자 농도를 차이 나게 한다. 이와 같은 차이를 양성자기울기라고 한다. 이렇게 농도 차이가 나는 상태에서 내막의 양성자 통로를 열면, 농도차이에 의해 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 양성자가 흐르게 되고 이 흐름의 에너지를 이용하여 ATP를 합성한다.

미토콘드리아의 전자전달계효소

미토콘드리아 내막(cristae)에는 많은 전자전달계효소가 있으며, 이들 간에 전자가 전달될 때 전자의 에너지가 소모되고 양성자는 미토콘드리아 내막 밖으로 수송된다. 첫 번째 전자전달효소는 플라빈 모노뉴클레오티드(flavin mononuleotide, FMN)이다. 이것은 미토콘드리아 내막에 고정되어 있는 효소로서 전자전달계 앞 과정의 산물인 NADH로부터 전자 두 개와 양성자 두 개를 전달 받는다. 플라빈 모노뉴클레오티드에서 받은 두 개의 양성자는 내막 밖으로 수송하고 전자 두 개는 다음 전자전달계효소인 조효소Q(CoQ)로 전달한다. 전자를 받은 조효소Q는 내막 내부의 양성자 두 개와 결합해서 CoQH2가 된 다음 결합한 양성자 두 개를 내막 밖으로 수송한다. 이와 동시에 받은 전자 두 개는 시토크롬b로 전달된다. 시토크롬b로 전달된 전자는 다시 시토크롬c1-시토크롬c-시토크롬a-시토크롬a3 순서로 전달되며 마지막 시토크롬a3에서 산소에 전달되어 물을 형성한다. 위와 같은 과정에서 수송된 양성자에 의해 미토콘드리아 내막을 기준으로 양성자기울기가 형성된다.