구연산 회로와 생합성, 그리고 이화의 다양성

구연산 회로는 크렙스 회로(Krebs Cycle), 시트르산 회로(Citric acid cycle, CAC), TCA 회로등 많은 명칭으로 불리어지는 ATP 형성과 탄소 물질대사가 연관되어 있는 중요한 반응이다

구연산 회로는 생물 에너지론적(Bioenergetic)과 생합성(Biosynthetic)에 중요한 역할을 한다

발효에서는 피루브산은 환원되어 방출되는 발효물로 전환되지만, 호흡에서 피루브산은 이산화탄소(CO2)까지 산화되는데 이를 구연산 회로, CAC 회로에서 이용되게 된다

Glycolysis

해당작용에서 포도당이 2개의 NAD+가 만나, 2개의 피루브산, 2ATP, 2NADH가 생성되는데 피루브산은 구연산 회로로, 2NADH는 복합체 1로 가며 기질수준 인산화는 2ATP, 산화적 인산화는 6ATP, 총 8ATP를 생성하게 된다

이후 구연산 회로에서는 피루브산이 4NAD+ 와 GDP, FAD가 만나 3CO2, 4NADH, FADH2 그리고 GTP가 형성되어진다

여기서 4NADH는 복합체 1로, FADH2는 복합체 2로 간다

기질수준 인산화로 1GTP가 1ATP가 되며 산화적 인산화로 4NADH가 12ATP가 되고, 1FADH2가 2ATP가 형성된다

따라서 총 15ATP가 형성되며 피루브산이 2개 있으므로 30ATP가 형성된다

따라서 해당과정과 구연산 회로로 통해 포도당 1분자는 총 38ATP를 형성하는 것이다

구연산 회로

여기에서 아세틸 CoA(Acetyl-CoA)는 지방산 대사로 생합성에 필요한 역할을 하며 Oxalacetate는 포도당의 전구체로 Phosphoenolpyruvate로 전환할 수 있다

Succinyl-Coa 는 사이토크롬(시토크롬), 클로로필과 다른 테트라피롤(Tetrapyrrole) 복합체 합성에 필요한 요소이다

이화의 다양성은 미생물들의 에너지를 발전시키기 위한 다양한 생산기작으로써 지난번 작성하였던 글에서 유기호흡(Aerobic respiration)과 발효(Fermentation)에 대해 언급하였다면 이번에는 혐기적 호흡(Anaerobic respiration)과 화학무기영양(Chemolithotroph), 광영양(Phototrophy)에 대한 것이다

무기호흡은 산소 이외의 전자 수용체를 이용하는 것이며 이에 대해선 Nitrate(NO2), Ferric 이온(Fe3+, Fe2+), 황화수소(Hydrogen sulfide, H2S), 탄산염( CO32-, 메탄 CH4, Acetate )등이 있다

이들은 유기호흡보다 적은 에너지를 발생시키며 전자전달, 양성자 동력, ATPase에 의존한다

화학무기영양은 독립영양체(Autotrophs)이며 이들은 전자전달계로 가는 무기화합물을 전자공여체로 H2S, H2, Fe2+,NH3 등이 있다

유기영양이 포도당과 아세트산을 사용했다면 무기영양의 특징은 CO2를 사용해 탄소원(Carbon source)가 다른 점이 있다

광영양은 에너지원을 빛으로 하며 ATP 합성을 광인산화(Photophosphorylation)을 통해 한다

이들은 광독립영양체(Photoautotroph)라 하며 이들은 에너지원으로 빛을 유기물로 탄소원을 사용해 광종속영양체(Photoheterotroph)라는 것도 있다

광합성은 2가지로 나뉘게 된다

하나는 산소발생형(Oxygenic)은 시안 세균 및 고등생물들이 사용하며 산소 발생형 광합성(Oxygenic photosynthesis)를 한다

그 이외는 산소비발생형(anoxygenic)으로 자색세균, 녹색 세균등이 있다

산소발생형과 산소비발생형의 공통점으로는 양성자 동력 발생을 동일하다는 점이다

이러한 다양하고, 모든 형태의 호흡과 전자 전달의 광합성의 에너지 보존은 양성자 동력에 의해 이뤄지는 것이 공통점이다