02. 해당과정의 반응
해당과정의 단계
피루브산의 분해
호기적 해당과정과 혐기적 해당과정
호기적 해당과정
▪ 미토콘드리아가 있는 세포에서 산소가 충분히 공급되는 경우
▪ 피루브산 → 아세틸 CoA → 구연산회로 → 이산화탄소 & 물
▪ 글루코오스 1 분자당 30~32 ATP 생성 → 매우 효율적
혐기적 해당과정
▪ 산소가 충분히 공급되지 않는 경우
▪ 피루브산 → 젖산
▪ 비효율적이지만 미토콘드리아 없는 세포에서 에너지 공급 가능
▪ 효모와 일부 박테리아 : 피루브산의 알코올 발효
호기적 해당과정과 혐기적 해당과정
호기적 해당과정
▪ 미토콘드리아가 있는 세포에서 산소가 충분 히 공급되는 경우 ▪ 피루브산 → 아세틸 CoA → 구연산회로 → 이산화탄소 & 물
▪ 글루코오스 1 분자당 30~32 ATP 생성 → 매우 효율적
혐기적 해당과정
▪ 산소가 충분히 공급되지 않는 경우
▪ 피루브산 → 젖산
▪ 비효율적이지만 미토콘드리아 없는 세포에서 에너지 공급 가능
▪ 효모와 일부 박테리아 : 피루브산의 알코올 발효
03. 해당과정의 조절
조절의 필요성
조절의 목적
▪ 조절을 통해 세포 내 ATP 농도를 일정하게 함
▪ 또한 생합성에 필요한 중간대사물을 적절하게 공급하기 위함
▪ 조절 효소 ( 다른자리 입체성 효소 )
헥소키나아제
PFK-1
피루브산 키나아제
▪ 에너지가 충분 할 때 (ATP가 많을 때 ): 해당과정 억제
▪ 에너지가 부족 할 때 (ADP 또는 AMP 가 많을 때 ): 해당과정 촉진
헥소키나아제
▪ 글루코오스 6- 인산 과 ATP 에 의해 억제
▪ 글루코오스 농도가 낮아도 효율적으로 인산화 ( 낮은 K m )
▪ 세포가 소비할 정도의 속도로 인산화 ( 낮은 V max )
▪ 참고 : 글루코키나아제
▪ 글루코오스에 특이적인 효소
▪ 간의 글루코오스 농도가 높을 때 잠시 작용
▪ 식후 급격히 상승하는 글루코오스를 처리하여 고혈당 방지
03. 해당과정의 조절
포스포프룩토키나아제 -1; PFK-1
PFK-1
▪ 해당과정을 조절하는 가장 중요한 효소
▪ 프룩토오스 2,6- 이인산과 AMP, ADP 에 의해 활성화
▪ 구연산 , ATP, 프룩토오스 1,6- 이인산에 의해 억제
포스포프룩토키나아제 -1; PFK-1
프룩토오스 2,6- 이인산에 의한 조절
피루브산 키나아제
▪ 프룩토오스 1,6- 이인산 , AMP, ADP 에 의해 활성화
▪ 아세틸 CoA 와 ATP 에 의해 억제
▪ PFK-1 의 활성 증가 → PEP 증가 → 피루브산 키나아제 활성 증가
▪ 공복시 글루카 곤 분비
→ cAMP 증가 → 단백질 키나아제 활성화
→ 피루브산 키나아제 인산화 → 불활성 → 해당작용 억제
▪ 저혈당시 글루카곤이 간에서 해당과정 억제
04. 당신생경로
당신생경로 (gluconeogenesis)
▪ 글루코오스가 아닌 물질로부터 글루코오스를 합성하는 것
▪ 주로 간에서, 간세포의 세포질 에서 일어남
▪ 적혈구, 신경조직, 뇌세포 등 글루코오스 필요량이 높음
▪ 글리코겐 분해 또는 당신생경로를 통해 글루코오스 확보
당신생경로
당신생경로의 비가역 반응
▪ 당신생경로는 해당과정의 역반응
▪ 하지만 , 해당과정에서 비가역단계가 3 단계 존재
→ 우회 경로 가 필요
1) 피루브산 → 포스포에놀피루브산 ( PEP)
2) 프룩토오스 1,6- 이인산 → 프룩토오스 6- 인산
3) 글루코오스 6- 인산 → 글루코오스
당신생경로의 비가역반응
피루브산 → 포스포에놀피루브산
▪ 피루브산 → 미토콘드리아 로 이동
→ 옥살로아세트산 으로 전환
( 효소 : 피루브산 카르복실라아제 ,
조효소 : 비오틴 ), ATP 소모 ▪ 옥살로아세트산 → 말산
( 효소 : 말산 탈수소효소 ), NADH 소모 → 세포질 로 이동
▪ 세포질에서 다시
말산 → 옥살로아세트산 → 포스포에놀피루브산
당신생경로의 비가역반응
프룩토오스 1,6- 이인산 → 프룩토오스 6- 인산
▪ PFK-1 이 촉매하는 해당과정 반응의 역방향 반응
▪ 해당과정에서는 ATP 소모 , 당신생반응에서 ATP 생산하지 못함
글루코오스 6- 인산 → 글루코오스
▪ 헥소키나아제가 촉매하는 해당과정 반응의 역방향 반응
▪ 글루코오스 6- 인산 분해효소가 촉매 ( 간과 신장에만 존재 )
▪ 간과 신장에서만 글루코오스 생성
당신생경로의 기질
젖산 ( 코리회로 )
▪ 혐기성 조건 ( 격렬한 운동 등 ) 에서의 해당과정
→ 근육 젖산 간으로 이동 ( 혈액 ) → 피루브산 → 당신생경로
알라닌 ( 알라닌회로 )
▪ 근육의 곁가지 아미노산 ( 발린 , 류신 , 이소류신 ) 분해
→ 탄소골격은 구연산회로에 유입 ( 아미노기는 피루브산과 결합 )
→ 알라닌 형성 → 간으로 이동하여 다시 피루브산 으로 전환
→ 피루브산은 당신생경로 진입 , 아미노기는 요소 로 전환하여 배설
호르몬의 조절
▪ 체내 높은 글루코오스 농도 → 인슐린 분비 → 해당과정 촉진
: 인슐린이 프룩토오스 2,6- 이인산 합성 증가 → 결과적으로 혈당이 낮아짐
▪ 체내 낮은 글루코오스 농도 → 글루카곤 분비 → 당신생 촉진
: 글루카곤이 프룩토오스 2,6- 이인산 합성 억제 → 결과적으로 혈당이 높아짐
▪ 체내 낮은 글루코오스 농도 → 글리코겐 분해 촉진 → 혈당 높임
문제풀이
-해당과정의 1, 3, 10단계 반응은 비가역적 반응으로 해당과정의 속도를 조절하는 조절점으로서의 역할을 한다.
각 단계를 촉매하는 효소는 헥소키나아제, PFK-1, 피루브산 키나아제이다.
-혐기적 조건에서는 구연산회로의 효소가 활성화되기 전에 해당과정에서 만들어진 피루브산이 젖산으로 환원된다.
-피루브산은 미토콘드리아로 이동하여 옥살로아세트산으로 전환되고, 옥살로아세트산은 말산으로 전환되어 다시 세포질로 나온다.
세포질에서 말산은 다시 옥살로아세트산으로 전환된 후 포스포에놀피루브산으로 진행한다.
-당신생과정은 비탄수화물로부터 글루코오스를 합성하는 경로로 해당과정의 역반응이다.
알라닌 등 포도당생성 아미노산들 역시 당신생과정의 기질이 될 수 있다.
정리하기
해당작용에서는 호기성 환경에서는 글루코오스가 피루브산으로 전환되고 혐기성 환경에서는 젖산으로 전환되는데, 이는 산소가 부족한 세포나 미토콘드리아가 부족한 세포에서 일어나는 현상이다.
글루코오스는 글루코오스 수송체 세포막을 통해 혈액에서 세포 안으로 이동된다.
해당작용은 헥소키나아제, 포스포프룩토키나아제(PFK–1), 피루브산 키나아제에 의해 조절된다.
당신생경로의 전구체는 해당작용과 구연산회로의 매개체, 지방조직에 있는 중성지방의 가수분해로 생성된 글리세롤, 운동하는 골격근이나 미토콘드리아가 적은 세포에서 방출된 젖산, 그리고 당생성 아미노산 등이다.
당신생경로는 7개의 반응은 해당 경로와 동일하고 3개의 반응은 다르다. 이는 피루브산 카르복실화효소, PEP 카르복시키나아제, 프룩토오스 1,6-이인산분해효소, 글루코오스 6-인산분해효소 등 4개의 효소에 의해 이루어진다.
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