아세틸CoA 생성과 TCA회로

TCA 회로

TCA 회로 : 해당 작용에서 생성된 피루브산은 미토콘드리아의 기질로 들어가 아세틸 CoA가 된 후 TCA 회로를 거치면서 CO2로 분해된다.

미토콘드리아의 기질에서 산소가 충분할 때에만 진행된다.

포도당 1분자를 완전히 분해하기 위해서는 TCA 회로가 2번 진행되어야 하며, TCA 회로를 통해 피루브산 1분자당 3CO2, 4NADH, 1FADH2, 1ATP가 생성된다.

C₃H₄O₃(피루브산) + 3H₂O →3CO₂ + 4NADH + 4H⁺ + 1FADH₂ + 1ATP

피루브산에 포함된 탄소는 탈탄산 효소에 의해 CO₂의 형태로 분리되고, 피루브산에 포함된 수소는 탈수소 효소에 의해 분리된 후 고에너지 전자와 함께 NAD⁺, FAD에 결합하여 NADH, FADH₂를 생성한다.

TCA 회로는 산소 호흡에서 유기물이 무기물로 분해되면서 산화적 인산화 과정에 필요한 고에너지 전자를 포함한 NADH와 FADH2를 다량 합성하는 과정이라고 볼 수 있다.

▶ TCA 회로

TCA는 Tri–Carboxylic Acid의 약자이다. TCA는 이 회로의 초기 반응 물질인 시트르산이 3개의 카복시기(-COOH)를 갖기 때문에 붙여진 이름으로, 이 물질의 이름을 따 시트르산 회로라고도 하고, TCA 회로를 발견한 생화학자인 크레브스(Krebs, H. A.)의 이름을 따 크레브스 회로라고도 한다.

TCA 회로의 경로

1. 아세틸 CoA(활성 아세트산)의 생성

해당 작용에서 생성된 피루브산이 능동 수송에 의해 미토콘드리아로 들어간다.

미토콘드리아의 기질에서 피루브산 탈수소 효소 복합체의 작용에 의해 피루브산(C₃)으로부터 CO₂가 방출되고, H⁺과 전자를 NAD+에 전달하여 NADH를 생성하며, 조효소 A(CoA)와 결합하여 아세틸 CoA(C₂)가 된다.

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2. 시트르산의 생성

아세틸 CoA(C₂)는 옥살아세트산(C₄)과 결합하여 시트르산(C₆)이 된다.

3. 여러 유기산의 생성

시트르산(C₆)은 α 케토글루타르산(C₅) → 석신산(C₄) → 푸마르산(C₄) → 말산(C₄)을 거쳐 다시 옥살아세트산(C₄)으로 된다.

시트르산(C₆)은 탈탄산 효소와 탈수소 효소의 작용으로 CO₂를 방출하고 NADH를 생성한 후 α 케토글루타르산(C₅)이 된다.

α 케토글루타르산(C₅)은 탈탄산 효소와 탈수소 효소의 작용으로 CO₂를 방출하고 NADH를 생성한 후 석신산(C₄)이 된다. 이때 기질 수준 인산화로 ATP가 생성된다.

◇ TCA 회로에서의 ATP 생성

TCA 회로에서는 α케토글루타르산이 석신산으로 될 때 기질 수준 인산화에 의해 1분자의 GTP(구아노신 3인산)가 생성된다. GTP는 ATP와 유사한 고에너지 분자로서 에너지 저장 물질로 이용된다. 대부분의 동물에서 TCA 회로에서는 GTP 1분자가 생성되고, GTP의 인산기가 ADP에 전달되어 ATP가 생성된다.

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석신산(C₄)은 탈수소 효소의 작용으로 FADH₂를 생성한 후 푸마르산(C₄)이 되고, 푸마르산(C₄)은 H₂O이 첨가되어 말산(C₄)이 된다.

말산(C₄)은 탈수소 효소의 작용으로 NADH를 생성한 후 옥살아세트산(C₄)이 되며, 옥살아세트산(C₄)은 다시 아세틸 CoA와 결합하여 회로를 반복한다.

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1분자의 포도당이 해당 작용을 거치면 2분자의 피루브산이 생성되므로 포도당 1분자당 TCA 회로에서 6CO₂, 8NADH, 2FADH₂, 2ATP가 생성된다.

관련문제

1. 그림은 세포 호흡의 일부를 나타낸 것이다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

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1. 1. ㈎는 CO₂이다.
2. 2. ㈏는 전자 전달계에 전자를 제공한다.
3. 3. 미토콘드리아에서 일어나는 반응이다.
4. 4. 산소가 충분할 때 일어나는 반응이다.
5. 5. 조효소 A는 아세틸 CoA와 결합하여 시트르산을 형성한다.

정답 및 해설

정답

5

해설

아세틸 CoA는 옥살아세트산과 결합하여 시트르산을 형성한다. 해당 작용으로 생성된 피루브산은 산소가 충분할 때 미토콘드리아로 들어가 CO₂㈎를 방출하고 NADH㈏를 생성하며, 조효소 A(CoA)와 결합하여 아세틸 CoA가 된다. 이 과정에서 생성된 NADH㈏는 미토콘드리아 내막의 전자 전달계에 전자를 제공한다. ⑤ 아세틸 CoA에 결합되어 있던 조효소 A는 아세틸 CoA가 옥살아세트산과 결합하여 시트르산이 되는 과정에서 방출된다.

2. 그림은 TCA 회로를 나타낸 것이다. 그림에서 이산화 탄소가 방출되는 단계를 모두 고른 것은?

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1. 1. ㉠, ㉡, ㉢
2. 2. ㉠, ㉢, ㉣
3. 3. ㉡, ㉢, ㉤
4. 4. ㉡, ㉣, ㉥
5. 5. ㉢, ㉤, ㉥

정답 및 해설

정답

1

해설

TCA 회로에서 탈탄산 반응은 3번 일어나며, 탈탄산 반응으로 이산화 탄소가 방출되면 생성물의 탄소 수는 반응물보다 1개 줄어든다. C₃이 C₂로 되는 ㉠ 과정, C₆이 C₅로 되는 ㉡ 과정, C₅가 C₄로 되는 ㉢ 과정에서 탈탄산 반응이 일어나 이산화 탄소가 방출된다. ㉣, ㉤, ㉥에서는 탄소 수가 계속 4개로 유지되므로 탈탄산 반응이 일어나지 않음을 알 수 있다.