생물에서의 전자공여체와 전자 수용체, 산화 환원

생물에서의 산화와 환원반응

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전자공여체와 전자수용체는 산화(Oxidation)과 환원(Reduction)이다

산화는 전자를 잃는 것이며, 환원은 전자를 얻는 것이다

이를 줄여서 Redox 반응이라고 하며, 생물은 이 반응으로 생성된 에너지를 고에너지, ATP 합성에 사용된다

산화와 환원은 쌍으로 반응하며 반쪽반응(Half reaction)이 불가능하다

전자 공여체(Electron donor)는 환원제로 자신이 산화하는 것이며, 전자 수용체(Electron acceptor)는 산화제로써 자신이 환원되는 것이다

이를 통해 환원 전위(Reduction potentional, E0')로 생물체가 사용하며 이는 화합물이 전자를 제공하려는 경향, 혹은 어떤 물질이 전자를 잃고 산화 혹은 전자를 받고 환원되는 경향을 말한다

E0'이 높을수록 산화력이 높으며 이를 산화-환원탑(Redox tower)로 표현한 것이 있다

redox tower

(이미지 출처 : https://s3.amazonaws.com/classconnection/701/flashcards/266701/png/redox_tower-14958787CB67425A802.png)

이 산화 환원 탑의 특징으로 위로 갈 수록 전자를 제공, 강한 환원제인 경향이 크며, 아래로 내려갈수록 전자를 얻는, 강한 산화제, 즉 전자수용체의 경향이 강해진다

이는 에너지를 얻기 위한 것으로 원핵생물에서는 세포막에서, 진핵생물에서는 미토콘드리아에서 진행하게 된다

이들의 산화 환원 중개자로 보결분자단과 조효소를 사용하게 되며 이의 예시는 NAD+가 NADH로 기질을 활성하는 것이 예시이다

이러한 방식으로 고에너지 화합물의 에너지 저장이 이뤄지게 되는데 이들은 다시 말하지만 산화 환원 반응시에 방출되는 화학적 에너지이다

이는 ATP, 인산화된 화합물로 보존되며 조효소 A에 ATP로 보존되기도 한다

ATP가 ADP+Pi로 갈때, ADP가 AMP+Pi로 갈때 동일하게 32KJ/mol 이 방출된다

이로써 원핵생물에게서는 글리코겐(Glycogen), Poly-B-Hydroxylbutyrate, Polyhydroxyalkanoates, 황무기영양체(Sulfur chemolithotrophs)로 이뤄지게 되며 진핵생물에서는 전분 형태의 당, 그리고 지방 형태의 지질로 저장된다

이들, 즉 영양 공급이 없을시에는 중합체를 분해하던가 비생장상태에서 유지에너지(Maintenance energy)를 공급한다