세포호흡, 유기호흡, 해당과정

세포호흡

 

◎ 세포 호흡의 특성

광합성은 엽록체가 있는 세포에서 일어나는 과정입니다. 광합성을 통해 빛 에너지가 화학 에너지로 고정되어 유기 양분과 산소가 만들어집니다. 이에 비해서 호흡은 유기 양분을 분해하여 생활 에너지인 ATP를 합성하는 과정입니다. 호흡은 크게 유기 호흡과 무기 호흡으로 나뉩니다. 유기 호흡은 산소를 이용하여 양분을 분해하는 호흡(공기가 있어야 가능한 호흡)이고, 무기 호흡은 산소를 이용하지 않는 호흡(공기 없이도 가능한 호흡)입니다. 호흡 산물인 이산화탄소와 물은 광합성의 원료로 사용되어 산소와 유기 양분으로 재생됩니다. 그리고 이것들은 다시 호흡의 원료가 됩니다. 따라서 광합성과 호흡의 관계는 서로 반대 과정입니다. 광합성과 호흡은 생태계의 균형을 유지하고 생물 에너지의 흐름을 원활히 하는 데 중요한 역할을 합니다.

	광합성	호흡
원료	이산화탄소, 물	포도당, 산소
산물	포도당, 산소	이산화탄소, 물
반응 종류	동화작용	이화작용
에너지 대사	흡열 반응(에너지 흡수)	발열 작용(에너지 방출)

다만 세포호흡 과정에서 포도당이 불에 타는 것과 같이 한 번에 이산화탄소와 물로 분해되는 것이 아니라 실제로는 매우 복잡한 과정을 거치면서 조금씩 분해됩니다. 그 과정은 해당 과정, TCA 회로, 전자 전달계의 세 가지 과정으로 나눌 수 있습니다. 그리고 세포 호흡 과정은 산소를 소비하면서 일어납니다. 그래서 유기 호흡 과정이라고 말하기도 합니다.

 

◎ 유기 호흡

유기 호흡이란 산소를 소비하면서 영양소를 이용해 에너지를 얻는 과정으로 미토콘드리아에서 일어납니다. 우리가 먹은 음식물은 소화 기관에서 각각의 영양소가 분해 및 흡수되어 온 몸의 조직 세포로 전달됩니다. 영양소는 세포의 호흡에 이용되는데, 이러한 물질을 호흡 기질이라고 합니다. 특히 사람의 몸에서는 포도당과 같은 탄수화물이 호흡 기질로 가장 많이 이용되고 있습니다. 포도당이 산소에 의해서 완전히 산화되면 물과 이산화탄소가 생성됩니다. 그리고 이러한 과정이 세포 내에서 일어날 때 효소에 의해서 여러 단계로 나뉘어 천천히 진행됩니다. 그 과정은 크게 해당과정, TCA 회로, 전자 전달계로 나뉘는데, 이렇게 나뉘는 이유는 좀 더 효율적으로 에너지를 이용하기 위한 것입니다. 해당 과정과 TCA 회로에서 6탄당(탄소를 6개 포함하고 있는 탄수화물)의 포도당이 6 분자의 이산화탄소로 분해되면서 방출된 수소는 에너지를 잔뜩 머금고 있습니다. 이 수소가 전자 전달계에서 ATP 합성에 이용되는 것입니다. 그렇다고 해서 모든 에너지가 ATP로 다 저장되는 것은 아닙니다. 약 40%의 에너지만이 ATP의 형태로 저장되고, 나머지는 열에너지로 방출됩니다.

 

◎ 해당 과정

해당 과정이란 당을 풀어서 분해하는 과정이란 뜻으로 탄수화물을 분해하는 세포 호흡의 첫 과정을 말합니다. 1940년 독일의 엠덴과 마이어 호프는 세포 호흡의 첫 과정은 해당 과정이며, 이 과정에서 6탄당의 포도당 한 분자가 2 분자의 피루브산으로 분해된다는 것을 밝혀냈습니다. 그에 따라 해당 과정을 엠덴-마이어 호프 경로라고도 합니다. 이러한 해당 과정은 지구 상에 있는 대부분의 생물체에 공통적으로 존재하는 과정으로 산소는 사용되지 않습니다. 사실 해당 과정만 놓고 보면 무기 호흡 과정이라고 말할 수도 있습니다. 해당 과정은 세포질에서 일어납니다. 유기 호흡의 또 다른 과정인 TCA 회로와 전자 전달계가 미토콘드리아에서 일어나는 것과는 다릅니다. 해당 과정에서는 포도당 1 분자가 2 분자의 피루브산으로 분해되면서 2분자의 ATP와 2분자의 NADH2가 형성됩니다. 사실 ATP는 4 분자가 만들어지지만 그중에서 2 분자는 해당 과정을 거치는 동안 사용되기 때문에 최종적으로 2 분자의 ATP만이 생성됩니다. 이렇게 생성된 2분자의 피루브산은 이제 TCA 회로에 들어가게 됩니다. 그런데 TCA 회로에 들어가기 위해서는 산소가 필요합니다. 산소가 없을 때는 피루브산이 TCA 회로에 들어가지 못하고 NADH2와 결합하여 젖산이나 에탄올로 전환되므로 단지 2개의 ATP만을 생성합니다. 그러므로 해당 과정을 통해 ATP가 생성되는 과정은 전자 전달계를 거치지 않고 기질 상태에서 이루어진다고 하여 기질 수준의 인산화라고 합니다.