나의 세상

지방[Fat, 중성 지방(Neutral fat) 혹은 트라이아실글리세롤(Triacylglycerol)이라 불리기도 함]은 지질(Lipid)의 한 종류다. 지질이란 물에 녹지 않는 불용성 생체 분자를 통칭한다. 그 중에서도 지방은 세포 내 에너지의 저장 역할을 담당한다. 지방은 한 분자의 글리세롤(Glycerol)과 세 분자의 지방산(Fatty acid)이 결합해 이루어진다. 글리세롤은 세 개의 수산화기를 갖는 3탄소 화합물이다. 지방산은 카복실기를 가진 긴 사슬 탄화수소를 일컫는다. 생체 지방산의 탄소 수는 대개 짝수로 증가한다. 탄화수소 사슬이 모두 단일 결합으로 이루어진 경우 이를 탄소가 수소로 포화되었다는 뜻에서 포화지방산(Saturated fatty acid)이라 한다. 반면, 하나 이상의 이중 ..

시트르산 회로(Citric acid cycle)는 트라이카복실산 회로(Tricarboxylic acid cycle, TCA 회로) 혹은 크랩스 회로(Krebs cycle)라 불리기도 한다. 크랩스는 시트르산 회로의 발견자이다. 시트르산은 세 개의 카복실산(-COO- 혹은 COOH)을 갖는 6탄소 화합물이다. 시트르산 회로를 거치며 시트르산의 카복실기 2개는 CO2의 형태로 방출된다. TCA 회로의 명칭은 여기서 왔다. 시트르산 회로의 첫단계는 옥살아세트산(Oxaloacetate)이 아세틸-CoA로부터 아세틸기를 전달받아 시트르산(Citrate)을 형성하는 것이다. 아세틸기를 전달한 CoA는 다시 PDH 복합체로 돌아간다. 이후 시트르산은 여러 단계를 거쳐 두 분자의 CO2, 3분자의 NADH, 1분자의 ..

당분해 과정의 산물인 피루브산은 호기성 조건에서 이산화탄소와 물로 완전히 산화된다. 이를 호흡(Respiration), 또는 세포 호흡(Cellular respiration)이라 부른다. 세포호흡은 3가지 주요한 단계를 갖는다. 1단계에서, 피루브산을 비롯한 다양한 탄소 화합물이 아세틸-CoA를 형성한다. 2단계에서 아세틸-CoA는 시트르산 회로로 유입된다. 이때 NADH와 FADH2를 형성된다. 3단계에서 NADH, FADH2는 전자전달계로 들어가 산화인산화(Oxidative phosphorylation) 반응을 통해 ATP를 생성한다. 각 단계의 자세한 기전은 매우 복잡하다. 이번 글에서는 1단계, 아세틸-CoA의 형성을 다룬다. 1. 피루브산의 산화 피루브산은 당분해의 산물이다. 당분해는 세포질에서..

넘치는 포도당은 식물에서 전분, 녹말의 형태로, 동물에서 글리코겐(Glycogen)이라 불리는 중합체의 형태로 저장된다. 특히 척추동물에서 글리코겐은 간 무게의 약 10%를 차지할 정도로 중요하다. 포도당을 글리코겐으로 저장하는 이유는 포도당이 혈액에 떠다님으로써 혈당을 높이는 것을 막기 위함이다. 글리코겐 기본 입자는 약 55,000개의 포도당 분자로 구성되며, 12~14개 정도의 포도당이 가지를 이루고, 각각의 가지가 분지점에서 서로 얽혀있는 구조이다. 글리코겐의 노출된 가지 끝부분은 포도당의 4번 탄소(비환원 말단) 방향이다. 글리코겐 과립(Granules)은 글리코겐 분자와 글리코겐 합성, 분해 효소, 효소 조절 인자 등으로 구성된 복잡한 집합체다. 글리코겐은 주로 간과 근육에서 저장되는데, 두 ..

포유동물에서 포도당신생성(Gluconeogenesis)은 주로 간에서 일어난다. 포도당신생성의 목적은 글리코젠 저장이 고갈되어 포도당의 공급이 불가능할 때 다른 조직으로 포도당을 제공하기 위함이다. 앞서 배웠던 당분해와 포도당신생성의 차이를 생각해보자. 포도당신생성은 단순히 당분해의 역반응이 아닌, 3개의 우회 반응이 존재한다. 나머지 7개 반응은 매우 가역적이다. 대사경로의 조절때 배웠던 내용을 떠올려보자. 당분해와 포도당신생성 조절의 핵심 단계는 비가역적인 3개의 반응이다. 우회 경로 중 하나인 6-인산 과당 ↔ 1, 6-이중인산 과당 반응은 당분해와 포도당신생성에서 각각 다음과 같다. $ ATP + 6$-$인산 과당 \rightarrow ADP + 1,6$-$이중인산 과당 $ $ 1,6$-$이중인산..

대사 조절은 생화학의 핵심 주제 중 하나다. 세포 내에서 일어나는 수많은 반응들 중 '조절(Regulation)'을 피할 수 있는 반응은 없다. 대사(Metabolism)란 앞서 언급했듯, 세포 내에서 일어나는 모든 화학반응의 총체다. 거의 모든 대사반응은 세포 내에서 효소를 필요로 한다. 대사경로의 원리를 배우기 위해 우선 일반적인 대사경로의 조절 방식을 알아보고, 앞서 배웠던 '포도당 대사'에서의 조절, 그 후 글리코겐 대사의 조절을 살펴보도록 하자. 1. 대사경로의 조절 개요 세포의 환경은 때론 급격히 변화한다. 우리가 일상적으로 운동을 할 때, 근육 세포에서 ATP의 요구량은 수초 내에 100배나 증가한다. 우리는 매일 다른 음식을 먹으므로, 매일 얻는 영양소의 공급은 간헐적이고 또 비균일하다. ..

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

앞서 언급했듯, 포도당은 크게 네 개의 대사 운명을 겪는다. ​ ① 구조적 중합체의 형성 : 셀룰로스 등의 복합 다당류 형성 ② 다당류 형성 : 글리코겐, 녹말, 슈크로스로의 저장 ③ 당분해 경로를 통한 산화 : 피루브산 형성 ④ 인산 오탄당 경로를 통한 산화 : 5-인산 라이보스 형성 ​ 분해되는 포도당은 대부분 당분해 과정을 거쳐 피루브산으로 산화된다. 하지만 특정 세포에서는 인산 오탄당 경로[Pentose phosphate pathway, 인산글루콘산 경로(Phosphocluconate pathway), 일인산 육탄당 경로(Hexose monophosphate pathway)]가 특히 중요하다. ​1. 인산 오탄당 경로 개요 ​ 인산 오탄당 경로의 시작점은 6-인산 포도당이다. 인산화된 포도당은 N..

대부분의 조직에서 대사 에너지는 거의 전적으로 포도당에 의존한다. 그래서 외부로부터의 포도당 유입이 없을 때 포도당이 고갈될 경우 개체는 심각한 손상을 입을 수밖에 없다. 때문에, 비탄수화물 전구체(피루브산 등)로부터 포도당을 합성하는 포도당신생성(Gluconeogenesis) 경로가 모든 종에서 발달되어왔다. ​ 1. 포도당신생성 개요 ​ 포도당신생성 반응은 당분해 과정처럼 모든 조직과 모든 종에서 본질적으로 동일하고, 반응의 전구체로 쓰이는 물질 정도만 조금씩 다르다. 동물, 그중에서도 특히 포유동물의 간세포에서 일어나는 포도당신생성은 당분해 반응의 역과정에 가장 가깝다. 이번 글에서는 가장 기본적인 포도당신생성 반응에 대해 알아보도록 하자. 두 과정을 함께 살펴보는 것이 공부하는 데 있어 도움이 많..

앞 글에 이어서 당분해에 대한 이야기를 계속해 가보도록 하자. 당분해는 모든 당의 공통 대사경로다. 앞서 당분해 과정은 포도당의 대사만을 다뤘는데, 다른 당은 어떻게 당분해 경로를 거치게 되는가? 3. 다른 단당의 경로 1) 과당 과당은 주로 슈크로스의 가수분해에 의해 생성된다. 과당은 육탄당인산화효소에 의해 인산화되어 6-인산 과당이 된다. 6-인산 과당은 당분해 과정의 중간체 중 하나이므로 바로 당분해 경로로 들어가게 된다. ​ 반면, 간에서 과당은 다른 경로로 이동한다. 과당인산화효소(Fructokinase)는 과당의 1번 탄소를 인산화해 1-인산 과당을 형성한다. ​ 이후, 1-인산 과당은 1-인산 과당 알돌레이스(Fructose 1-phosphate aldolase)에 의해 글리세르알데하이드와 ..