생화학 8강 구연산회로

 

생화학 8강 구연산회로

 

목 차

01 구연산회로의 개요 

02 아세틸 CoA 의 생성 

03 구연산회로 과정

04 구연산회로의 특징 및 조절

 

 

01. 구연산회로의 개요

효율적 에너지 생산

호기적 환경

 

▪   해당과정 : 글루코오스 → 피루브산 

▪   산소 존재 시 구연산회로 ,

    전자전달계 및 산화적 인산화 과정 거침

    → 물 과 이산화탄소 로 완전히 분해

    → 효율적으로 ATP 생산 가능

 

구연산회로 구연산회로

▪   미토콘드리아 의 매트릭스 에서 일어남 

▪   TCA 회로 (Tricarboxylic acid cycle)

    또는

    크렙스 회로 (Krebs cycle) 라고도 함

▪   총 8 단계 로 구성

 

전반적인 반응

 

▪   아세틸 CoA + 옥살로아세트산 → 구연산 형성하면서 시작 

▪   아세틸 CoA ( 탄소 2)

    8 단계 중 2 번에 걸쳐 이산화탄소 ( CO 2 ) 방출 

   → 8 단계 생성물 : 옥살로아세트산 ( 탄소 4)

   → 새로 들어온 아세틸 CoA 와 새로운 회로 진행

 

반응의 특징

▪   8 단계중 4 개 반응 : 산화환원반응 ( 기질 산화 , 조효소 (NAD + , FAD) 환원 )

→ 총 3 분자의 NADH 와 1 분자의 FADH 2 생성

→ 전자전달계와 산화적인산화 로 이동 → ATP 생성

 

▪   8 단계중 다섯번째 단계 : GTP 생성 ( 기질수준인산화 )

 

 

 

2. 아세틸 CoA 의 생성

 

피루브산의 이동

세포질 → 미토콘드리아

▪   해당과정으로 생성된 피루브산 : 세포질 에 존재 

▪   구연산회로 : 미토콘드리아 에서 진행

→ 피루브산의 이동 필요

 

아세틸 CoA 의 생성

피루브산 (C3), 아세틸 CoA(C2)

 

▪   피루브산 탈수소효소 복합체

    : 피루브산을 아세틸 CoA 와 이산화탄소 로 분해

 

피루브산 탈수소효소 복합체

효소 3 개 , 조효소 5 개로 구성

▪   효소 (E1, E2, E3)

▪   E1 ( 피루브산 탈수소효소 )

→ 조효소 → 티아민 피로인산 ( TPP )

 

▪   E2 ( 디하이드로리포일 아세틸 전이효소 )

→ 조효소 : 리포산 , 조효소 A( CoASH )

 

▪   E3 ( 디하이드로리포일 탈수소효소 )

→ 조효소 : 플라빈 아데닌 디뉴클레오티드 ( FAD ) 

               니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 ( NAD + )

 

 

피루브산 탈수소효소 복합체

조효소 구성 비타민

 

▪   티아민 피로인산 ( TPP ): 티아민 ( 비타민 B 1 )

▪   리포산

▪   조효소 A( CoASH ): 판토텐산

▪   플라빈 아데닌 디뉴클레오티드 ( FAD ): 리보플라빈 ( 비타민 B 2 )

▪   니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 ( NAD + ): 니아신

 

피루브산 탈수소효소 복합체의 조절

 

인산화에 의한 조절

▪   인산화 되었을 때 불활성 , 비인산화 시 활성 

▪   ATP, 아세틸 CoA, NADH 축적

→ 피루브산 탈수소효소 복합체 인산화 → 아세틸 CoA 생성 감소

▪   ADP, 피루브산 축적

→ 피루브산 탈수소효소 복합체 탈인산화 → 아세틸 CoA 생성 촉진

 

피루브산 탈수소효소 복합체의 조절

인산화에 의한 조절

 

 

03. 구연산회로 과정

 

구연산 회로 1 단계

아세틸 CoA 와 옥살로아세트산의 축합

▪   효소 : 구연산 합성효소

▪   아세틸 CoA + 옥살로아세트산 → 구연산

 

구연산 회로 2 단계

구연산의 이성질화

▪   효소 : 아코니타아제 

▪   구연산 → 이소구연산

 

 

구연산 회로 3 단계

이소구연산의 탈카르복실화

 

▪   효소 : 이소구연산 탈수소효소

▪ 이소구연산 + NAD + → α–케토글루타르산 + NADH + H + + CO 2

 

 

구연산 회로 4 단계

α–케토글루타르산의 탈카르복실화

 

▪   효소 : α–케토글루타르산 탈수소효소 복합체 

▪   α–케토글루타르산 + NAD + + CoASH

 

→ 숙시닐 CoA + NADH + H + + CO 2

 

 

구연산 회로 5 단계

숙시닐 CoA 의 분해

 

▪  효소 : 숙시닐 CoA 합성효소

▪  숙시닐 CoA + GDP + P i → 숙신산 + GTP + CoASH

▪   GTP + ADP → GDP + ATP

 

구연산 회로 6 단계

숙신산의 산화

▪   효소 : 숙신산 탈수소효소

▪   숙신산 + FAD → 푸마르산 + FADH 2

▪   참고 : 말론산 : 숙신산 탈수소효소의 억제제로 작용

 

구연산 회로 7 단계

푸마르산의 산화

▪   효소 : 푸마르산 수화효소

▪   푸마르산 + H 2 O → 말산

▪   말산 : 미토콘드리아 통과 가능 ( 세포질로 )

▪   세포질에서 말산 → 옥살로아세트산 → 포스포에놀피루브산

 

구연산 회로 7 단계

푸마르산의 산화

 

구연산 회로 8 단계

말산의 산화

▪   효소 : 말산 탈수소효소

▪   말산 + NAD + → 옥살로아세트산 + NADH + H +

 

04. 구연산회로 특징 및 조절

 

구연산회로 전체 경로

전체 8 단계 정리

 

▪   구연산회로

    아세틸 CoA + 3NAD + + FAD + GDP(ADP) + 2H 2 O + P i → 2CO 2 + 3NADH + 3H + + FADH 2 + GTP( ATP ) + CoASH

 

▪   해당과정에서 글루코오스 → 2 피루브산 이므로 

 

▪   피루브산에서 아세틸 CoA 생성 

    2 피루브산 + 2CoASH + 2NAD +

     → 2 아세틸 CoA + 2NADH + 2H + + 2CO 2

 

▪   구연산회로

    2 아세틸 CoA + 6NAD + + 2FAD + 2GDP(ADP) + 4H 2 O + 2P 

    → 4CO 2 + 6NADH + 6H + + 2FADH 2 + 2GTP(ATP) + 2CoASH

 

▪   NADH, FADH 2 : 전자전달계와 산화적 인산화 단계 거침

→ NADH : 2.5 ATP, FADH 2 : 1.5 ATP

 

▪   1 개의 피루브산에서 생성되는 ATP 수

 

구연산회로의 조절

대사작용의 속도 조절

 

▪   ATP, NADH, 아세틸 CoA, 숙시닐 CoA 등의 비율이 높아지면

→ 높은 에너지 상태 → 동화작용

→ 글리코겐 , 지방산 , 아미노산 생합성

 

▪   ADP, NAD+, AMP 등이 비율이 높아지면

→ 낮은 에너지 상태 → 이화작용

→ 탄수화물 , 단백질 , 지방 등의 영양소 산화 → 에너지 생성

 

▪   구연산회로의 조절 효소

: 피루브산 탈수소효소 복합체 , 구연산 생성효소 ,

이소구연산 탈수소효소, α–케토글루타르산 탈수소효소 복합체

 

 

구연산회로의 생합성 및 보충적 의미

구연산회로 중간물질의 활용

 

▪   구연산회로의 의의

1. ATP 생성 을 위한 분해과정

2. 체내 필요 물질 생합성 할 수 있는 과정

 

▪   구연산회로의 중간물질 다른 물질의 생합성에 사용됨

또는 구연산회로 작동 지속을 위해 계속 채워져야 함

 

▪   보충반응 : 피루브산 → 옥살로아세트산 ( 구연산회로에 필수 )

( 효소 : 피루브산 카르복실키나아제 )

 

 

구연산회로 중간물질의 생합성

 

문제풀이 

 

-아세틸 CoA가 옥살로아세트산과 반응하여 구연산을 만들면서 시작되는 구연산회로는 미토콘드리아 내부에서 일어나는 8단계 반응이다.

 

-구연산회로의 5단계에서는 숙시닐CoA가 숙신산으로 전환되면서 GTP가 생성되는데 GTP는 ATP로 전환될 수 있으므로 

ATP가 생성되는 것으로 볼 수 있으며 이를 기질수준인산화라고 한다.

 

-아세틸 CoA는 탄소 2개를 가지며, 탄소 4개를 가지는 옥살로아세트산과 반응하여 탄소 6개인 구연산을 만들면서 구연산회로가 시작된다.

 

-구연산회로 5단계에서는 숙시닐 CoA 합성효소에 의해 숙시닐 CoA가 숙신산으로 산화된다. 

이 과정에서 고에너지화합물인 GTP가 생성되는데 GTP는 다시 ATP로 전환될 수 있다. 이 다섯 번째 단계를 기질수준 인산화가 일어나는 과정이라고 부른다.

 

-구연산회로가 한번 순환하면 아세틸 CoA 한분자는 이산화탄소 2분자, 1개의 GTP(ATP), 1개의 FADH2, 3개의 NADH를 생성한다.

 

 

정리하기 

피루브산은 피루브산 탈수소효소 복합체에 의해 산화적으로 반응하여 아세틸 CoA를 생산한다. 

복합체는 세 가지 효소(E1 , E2, E3)와 다섯 가지 조효소로 구성되어 있다. 

조효소 중 ① 티아민 피로인산은 비타민 B1인 티아민이 들어 있고, ② FAD에는 비타민 B2인 리보플라빈, 

③ NAD+ 안에는 니아신, ④ 조효소 A에는 판토텐산, ⑤ 리포산에는 미토콘드리아 호흡을 돕는 지방산이 들어 있다.

 

구연산회로의 첫 과정은 아세틸기가 옥살로아세트산에 이동하여 구연산을 형성하는 반응으로 총 8개의 단계로 구성되어 있다.

 

구연산회로의 중요한 기능은 글루코오스에서 NADH, FADH2를 생성하여 전자 전달계와 산화적 인산화 과정을 통해 ATP를 생성하는 것이다.

 

세포의 에너지 상태는 ATP, NADH, 아세틸 CoA, 숙시닐 CoA의 산화환원 비율로 측정되고 이 비율에 의해 구연산회로의 속도가 조절된다.

 

구연산회로는 ATP 생성을 위한 분해과정이지만 체내의 필요한 물질을 생합성 할 수 있는 과정으로도 중요하다.