세포 호흡, 왜 하는 것일까?
세포호흡을 통해 필요한 에너지를 공급
세포호흡은 크게 해당과정, TCA회로, 산화적 인산화으로 분류
[객원 에디터 3기 / 문시연 기자] 우리는 산소를 들이마시기 위해 호흡을 한다. 정확히 말해 생물은 활동을 위한 에너지를 만들기 위해 호흡한다. 인간은 살아가기 위해 에너지가 필요하다. 예를 들어 달리기 같은 활동을 할 때도 에너지가 많이 필요한데 이때 세포호흡을 통해 필요한 에너지를 공급한다. 이처럼 세포 호흡은 인간이 살아가는 데 있어 없어서는 안 될 필수적인 과정이다.
생물학적으로 세포호흡은 유기물을 통해 에너지의 한 종류인 ATP(Adenosine 5′-triphosphate)를 만드는 과정이다. 여기서 유기물이란 자연적으로 탄소와 수소의 결합 형태로 존재하는 물질이다. 여기서 탄수화물, 지방 등과 같이 세포 호흡에 사용되는 유기물을 호흡 기질이라고 하며, 세포호흡에는 주로 포도당이 이용된다. 세포호흡은 크게 포도당과 6개의 산소를 이용해서 6개의 이산화탄소, 6개의 물, 그리고 에너지를 만드는 과정이다. 여기서 우리는 세포호흡은 크게 해당과정, TCA회로, 그리고 산화적 인산화 과정으로 나눌 수 있다.
해당과정은 이름에서 알 수 있듯이 당을 분해하는 과정이다. 해당과정은 세포질에서 일어나는데, 큰 분자인 포도당은 미토콘드리아 안으로 들어갈 수 없으므로 더 작은 분자인 피루브산으로 쪼개서 미토콘드리아 안으로 들여보내는 작업이다. 해당과정에서는 ATP(에너지)를 사용해서 포도당을 과당 2인산으로 바꾼다. 그리고 이 과당 2인산이 반으로 쪼개지면 글리세르알데하이드 3-인산(G3P) 2개가 만들어진다. 그리고 G3P가 피루브산으로 만들어지면 해당과정은 끝이 난다. 해당과정이 끝나면 포도당 1분자당 2개의 NADH 분자, 2개의 수소이온, 2개의 피루브산, 그리고 2개의 ATP 분자가 만들어진다. 해당과정은 세포질에서 일어나므로 직접적으로 산소를 소모하지 않는다. 간략하게 말해 이 과정을 통해서 포도당이 작게 잘라지므로 미토콘드리아로 들어가기 쉽게 해 세포호흡에 도움을 주는 것이다.
TCA회로는 피루브산(Pyruvic Acid)이라는 작은 당에서 에너지를 만드는 과정이다. 이 과정은 미토콘드리아 안에서 일어나기 때문에 세포질에서 만들어진 피루브산은 미토콘드리아 안으로 들어간다. 피루브산이 미토콘드리아 안으로 들어오면 아세틸CoA라는 물질로 변한다. 그리고 2개의 탄소와 결합하여 있는 아세틸CoA가 4개의 탄소를 가지고 있는 옥살아세트산과 결합하면 6개의 탄소를 가지고 있는 화합물인 시트르산(Citric Acid)이 된다. 그리고 이 6 탄소 화합물이 단계적으로 5 탄소 화합물, 4 탄소 화합물이 되며 다시 옥살아세트산이 만들어지면서 TCA 회로는 끝난다. 여기서 TCA회로에서는 총 2개의 ATP가 만들어진다.
산화적 인산화 과정은 ATP를 최종적으로 제일 많이 만드는 과정으로, 세포 호흡의 핵심 과정이다. 산화적 인산화 과정은 수소에 들어있는 전자를 통해 ATP를 합성하는 방식이다. 수소에 들어있는 고에너지 전자에서 나오는 에너지를 이용해서 ATP를 만든다. 여기서 포도당 1분자가 세포 호흡으로 분해될 때, 총 32개의 ATP가 합성된다. 산화적 인산화 과정에서는 산소가 필요한데, 여기서 산소는 고에너지 전자가 에너지가 낮은 전자로 바뀐 후 방출되는 전자를 받아주는 역할을 한다. 이 과정에서 산소가 필요하기 때문에 모든 생물은 호흡할 때 산소가 필요한 것이라 보면 된다.
세포호흡은 해당과정, TCA회로, 그리고 산화적 인산화 과정이 순서대로 돌아가면서 발생하는 과정이다. 위의 세 과정 중 모두가 대체 불가이고 단 하나의 과정에서 문제가 생기면 세포 호흡 과정 전체가 멈출 수도 있다. 세포 호흡이 멈춘다면 우리 몸은 필요한 에너지를 얻을 수 없을 것이고, 생명 활동은 이어 나갈 수 없을 것이다.
