세포 호흡과 ATP

핵심 정리

세포 호흡은 포도당 같은 유기물을 분해해 ATP를 얻는 과정이다. 큰 분자를 작은 분자로 나누면서 에너지를 꺼내므로 이화 작용에 속한다. 이 과정의 최종 산물은 이산화 탄소와 물이다.

세포 호흡으로 방출된 에너지는 여러 곳에 쓰인다. 방출된 에너지의 일부는 ATP에 저장된다. 세포 호흡에서 방출된 에너지로 ADP와 인산으로부터 ATP가 합성된다. 방출된 에너지의 또 다른 일부는 열로 쓰여 체온 유지에 기여한다. 이렇게 만들어진 ATP는 세포 활동에 쓰이는 직접적인 에너지원이다. 세포는 유기물에 든 화학 에너지를 한꺼번에 쓰지 않고, ATP라는 분자에 담아 필요한 곳으로 나른다.

ATP는 탄소, 수소, 산소, 질소, 인으로 이루어진 분자다. ATP의 말단 인산 결합이 끊어질 때 에너지가 방출된다. ATP가 ADP와 인산으로 분해될 때 저장된 에너지가 나온다. 이 에너지 가운데 근육 수축에는 ATP의 화학 에너지가 쓰인다. 분해된 ADP는 호흡으로 얻은 에너지를 받아 다시 인산과 결합해 ATP가 된다. 그래서 ATP와 ADP는 쓰이고 다시 만들어지는 짝으로 이해하면 된다.

세포 호흡의 각 반응은 효소의 촉매로 일어난다. 세포 호흡은 주로 미토콘드리아에서 일어난다. 미토콘드리아에서 ADP가 인산과 결합해 ATP로 합성된다. 세포 호흡 과정에서 ATP가 합성된다.

자세히

세포 호흡은 여러 단계로 나뉘고, 단계마다 장소와 생성물이 다르다. 유기물의 에너지를 한꺼번에 내보내면 세포가 감당하기 어려우므로, 에너지를 조금씩 끊어 꺼내 ATP에 옮겨 담는 구조로 되어 있다. 연소도 산화 반응이라는 점에서는 같지만, 연소는 에너지가 빛과 열로 한꺼번에 나오는 반면 세포 호흡은 여러 단계의 효소 반응을 거쳐 에너지가 조금씩 나온다는 점이 다르다. 아래 표는 단계별 장소와 ATP가 만들어지는 방식을 정리한 것이다.

해당 과정은 세포질 기질에서 일어난다. 포도당이 피루브산으로 나뉘는 동안 NADH가 생기고, ATP가 일부 만들어진다. 이 단계는 산소를 쓰지 않으므로 산소 호흡과 무산소 호흡에 공통으로 들어 있다. 피루브산은 미토콘드리아 기질로 들어가야 시트르산 회로에서 완전히 산화된다. 이 산화 과정에서 이산화 탄소가 떨어져 나가며, 세포 호흡에서 이산화 탄소가 노폐물로 생성된다. 남은 탄소 화합물은 시트르산 회로를 돌며 전자 운반체를 환원시킨다.

기질 수준 인산화는 기질에 있는 고에너지 인산 결합을 ADP에 직접 넘겨 ATP를 만드는 방식이다. 전자 전달계를 거치지 않으므로 이 방식으로 만들어지는 ATP는 많지 않다. 반면 산화적 인산화는 전자 운반체의 전자가 전달되는 과정에서 나온 에너지를 H⁺의 농도 차로 저장했다가 ATP로 바꾸는 방식이다. 두 방식의 차이는 ATP를 만드는 에너지가 기질의 고에너지 인산 결합에서 오는가, 전자 전달 과정에서 오는가에 있다.