[생화학] 발효 (Fermentation)

본 글에서 다루는 범위

당분해를 거친 피루브산은 크게 두 개의 대사 운명을 겪는다.

​

① 무산소 환경에서 : 발효 (Fermentation)

② 유산소 환경에서 : 시트르산 회로

​

이 글에서는 ①, 발효 과정에 대해 알아보도록 하자.

 

1. 발효 개요

​

당분해 과정에서 NADH는 미토콘드리아의 호흡사슬을 거쳐 NAD+로 산화된다. 이때 O2를 필요로 하는데, 때문에 저산소 환경에서는 NADH가 NAD+로 재생되지 않고, 당분해가 정지된다. 산소 호흡을 하는 생물에서는 격렬히 활동하는 근육 등에서 저산소 환경이 조성된다. 이때 발효가 진행된다.

​

 

2. 젖산 발효

피루브산(Pyruvate) → 젖산(Lactate)

동물 조직의 근육, 적혈구 등과 같은 저산소 환경에서 피루브산은 젖산(Lactate)으로 환원되는 동시에 NADH를 NAD+로 산화시킨다. 이는 젖산 탈수소효소(Lactate dehydrogenase)에 의해 촉진된다.

젖산 발효에서 NADH의 순환

젖산 발효의 전체 과정을 살펴보면, 당분해에서 1분자의 포도당이 2분자의 포도당으로 산화될 때 2분자의 NAD+를 소모한다. 그 후, 다시 2분자의 피루브산은 2분자의 젖산으로 환원되며 2분자의 NADH를 소모한다. 때문에 젖산 발효 전체 과정에서 NADH(NAD+)의 순변화는 없다.

​

포도당이 피루브산으로 변환될 때 산화가 1번 일어나고, 피루브산이 젖산으로 변환될 때 환원이 1번 일어나므로, 포도당과 젖산은 산화 상태가 동일한(C:H:O 비가 동일한) 탄소 화합물이다.

​

발효의 산물로 생성된 젖산은 혈액을 통해 간으로 운반되고, 간에서 포도당으로 변환된다. 때문에 폭발적으로 다량의 젖산이 생성되면 체액을 산성화시키는데, 이는 포유동물에서 과격한 활동을 제한하는 하나의 요인이다.

​

 

3. 알코올 발효

피루브산(Pyruvate) → 아세트알데하이드(Acetaldehyde) → 에탄올(Ethanol)

효모를 비롯한 미생물은 포도당을 에탄올과 CO2로 발효시킨다. 피루브산 탈카복실화효소(Pyruvate decarboxylase)는 피루브산을 아세트알데하이드로 변환한다. 그 후, 다시 알코올 탈수소효소(Alcohol dehydrogenase)가 아세트알데하이드를 에탄올로 환원시킨다.

​

피루브산 탈카복실화효소는 척추동물을 비롯한 젖산 발효가 일어나는 개체에는 존재하지 않는다. 때문에 피루브산이 아세트알데하이드로 분해되지 않고 효과적으로 시트르산 회로, 젖산 발효 등의 경로로 갈 수 있다.

​

알코올 탈수소효소는 일반적인 포유동물의 간에서 알코올을 분해할 때 이용된다. 이때 발효의 방향과는 반대로 알코올을 아세트알데하이드로 산화시킨다. 아세트알데하이드는 숙취의 원인 물질 중 하나이다.

​

여기까지 발효 과정에 대해 공부했다. 유산소 환경에서의 피루브산 대사를 다루기 전에 생화학의 기초 중 다루지 않았던 '대사경로의 조절'을 먼저 다룰 것이다.

---

오늘 배운 내용