인간의 세포 호흡

정의

호기성이라고도 불리는 세포 호흡 (고대 그리스어 "공기"에서 유래)은 세포의 생존에 필요한 에너지를 생성하기 위해 산소 (O2)를 사용하여 인간의 포도당 또는 지방산과 같은 영양소의 분해를 설명합니다. 이 과정에서 영양소는 산화됩니다. 즉, 전자를 방출하는 반면 산소는 감소하여 전자를 받아들입니다. 산소와 영양소에서 발생하는 최종 생성물은 이산화탄소 (CO2)와 물 (H2O)입니다.

세포 호흡의 기능과 임무

인체의 모든 과정에는 에너지가 필요합니다. 운동, 뇌 기능, 심장 박동, 타액 또는 머리카락 만들기, 심지어 소화까지도 기능을 수행하려면 에너지가 필요합니다.

또한 신체는 생존을 위해 산소가 필요합니다. 세포 호흡은 여기서 특히 중요합니다. 이것과 가스 산소의 도움으로 신체가 에너지가 풍부한 물질을 태우고 필요한 에너지를 얻을 수 있습니다. 산소 자체는 우리에게 에너지를 제공하지 않지만 신체에서 화학적 연소 과정을 수행하는 데 필요하므로 생존에 필수적입니다.

신체는 다양한 유형의 에너지 운반자를 알고 있습니다.

• 포도당 (설탕)은 모든 전분 식품에서 분리 된 최종 제품뿐만 아니라 주요 에너지 운반자이자 기본 구성 요소입니다.
• 지방산과 글리세린은 지방 분해의 최종 산물이며 에너지 생산에도 사용될 수 있습니다.
• 에너지 운반자의 마지막 그룹은 단백질 분해의 산물로 남겨진 아미노산입니다. 신체의 특정 변형 후 세포 호흡 및 에너지 생성에도 사용할 수 있습니다.

자세한 내용은 운동과 지방 연소

인체에서 사용되는 가장 일반적인 에너지 원은 포도당입니다. 궁극적으로 산소 소비와 함께 CO2 및 H2O 생성물로 이어지는 일련의 반응이 있습니다. 이 프로세스에는 당분 해, 그래서 포도당 분할 제품의 양도, 피루 베이트 의 중간 단계를 통해 아세틸 -CoA 에 구연산 회로 (동의어 : 구연산주기 또는 크렙스주기). 아미노산이나 지방산과 같은 다른 영양소의 분해 산물도이 주기로 유입됩니다. 지방산이 구연산 회로로 흘러 들어갈 수 있도록 "분해"되는 과정을 베타 산화.

따라서 구연산 순환은 모든 에너지 원이 에너지 대사에 공급 될 수있는 일종의 입구 지점입니다. 사이클은 미토콘드리아 대신 인간 세포의 "에너지 발전소"입니다.

이 모든 과정에서 일부 에너지는 ATP의 형태로 소비되지만 예를 들어 해당 과정에서와 같이 이미 획득되었습니다. 또한 에너지 생성 중에 중간 에너지 저장소로서의 기능 만 수행하는 다른 중간 에너지 저장소 (예 : NADH, FADH2)가 주로 있습니다. 이 중간 저장 분자는 세포 호흡의 마지막 단계, 즉 호흡 사슬이라고도 알려진 산화 적 인산화 단계로 흐릅니다. 이것은 지금까지 모든 프로세스가 작동 한 단계입니다. 미토콘드리아에서도 발생하는 호흡 사슬은 또한 여러 단계로 구성되며, 다목적 에너지 운반자 ATP는 에너지가 풍부한 중간 저장 분자에서 얻어집니다. 전체적으로 하나의 포도당 분자가 분해되면 총 32 개의 ATP 분자가 생성됩니다.

특히 관심이있는 분들을 위해

호흡 사슬에는 여기에서 매우 흥미로운 역할을하는 다양한 단백질 복합체가 포함되어 있습니다. 그들은 중간 저장 분자를 소비하면서 양성자 (H + 이온)를 미토콘드리아 이중 막의 공동으로 펌핑하여 높은 농도의 양성자가 존재하도록하는 펌프 역할을합니다. 이것은 막간 공간과 미토콘드리아 매트릭스 사이의 농도 구배를 유발합니다. 이 구배의 도움으로 궁극적으로 일종의 물 터빈과 유사한 방식으로 작동하는 단백질 분자가 있습니다. 양성자의이 기울기에 의해 단백질은 ADP와 인산염 그룹에서 ATP 분자를 합성합니다.

여기에서 자세한 정보를 찾을 수 있습니다. 호흡 사슬은 무엇입니까?

ATP

그만큼 아데노신 삼인산 (ATP)는 인체의 에너지 운반체입니다. 세포 호흡에서 발생하는 모든 에너지는 처음에 ATP 형태로 저장됩니다. 신체는 ATP 분자 형태 인 경우에만 에너지를 사용할 수 있습니다.

ATP 분자의 에너지가 소모되면 ATP에서 아데노신이 인산 (ADP)이 생성되어 분자의 인산기가 분리되고 에너지가 방출됩니다. 세포 호흡 또는 에너지 생성은 소위 ADP에서 ATP를 지속적으로 재생하여 신체가 다시 사용할 수 있도록하는 역할을합니다.

반응식

지방산은 길이가 다르고 아미노산도 구조가 매우 다르기 때문에이 두 그룹에 대한 간단한 방정식을 설정하여 세포 호흡에서 에너지 생산량을 정확하게 특성화하는 것은 불가능합니다. 모든 구조적 변화가 구연산염 순환의 어느 단계에서 아미노산이 흐르는 지 결정할 수 있기 때문입니다.
소위 베타 산화에서 지방산의 분해는 길이에 따라 다릅니다. 지방산이 길수록 더 많은 에너지를 얻을 수 있습니다. 이는 포화 지방산과 불포화 지방산 사이에 차이가 있으며, 불포화 지방산은 동일한 양을 가지고 있다면 최소한의 에너지를 제공합니다.

이미 언급 한 이유 때문에 포도당 분해에 대한 방정식을 가장 잘 설명 할 수 있습니다. 포도당 분자 (C6H12O6)와 6 개의 산소 분자 (O2)는 총 6 개의 이산화탄소 분자 (CO2)와 6 개의 물 분자 (H2O)를 생성합니다.

• C6H12O6 + 6 O2는 6 CO2 + 6 H2O가됩니다.

해당 작용이란 무엇입니까?

당분 해는 포도당, 즉 포도당의 분해를 설명합니다. 이 대사 경로는 인간 세포뿐만 아니라 다른 것, 예를 들어 발효 중 효모에서도 발생합니다. 세포가 해당 작용을 수행하는 장소는 세포질입니다. 여기에는 ATP를 직접 합성하고 시트르산 순환을위한 기질을 제공하기 위해 해당 과정을 가속화하는 효소가 존재합니다. 이 과정은 두 분자의 ATP와 두 분자의 NADH + H + 형태로 에너지를 생성합니다. 미토콘드리아에 위치한 구연산 회로 및 호흡 사슬과 함께 당분 해는 단순 당 포도당이 보편적 인 에너지 운반자 ATP로 분해되는 경로를 나타냅니다. 모든 동물 및 식물 세포의 세포질에서 당분 해가 발생합니다. . 해당 과정의 최종 생성물은 피루 베이트이며, 중간 단계를 통해 구연산 회로에 도입 될 수 있습니다.

반응을 수행 할 수 있도록 해당 과정에서 포도당 분자 당 총 2 개의 ATP가 사용됩니다. 그러나 4 개의 ATP가 얻어 지므로 2 개의 ATP 분자의 순 이득이 효과적으로 있습니다.

6 개의 탄소 원자를 가진 당이 각각 3 개의 탄소 원자로 구성된 2 개의 피루 베이트 분자로 변할 때까지 10 개의 반응 단계를 당분 해합니다. 처음 4 개의 반응 단계에서 설탕은 2 개의 인산염과 재 배열을 통해 과당 -1,6- 비스 인산염으로 전환됩니다. 이 활성 당은 이제 각각 3 개의 탄소 원자를 가진 2 개의 분자로 나뉩니다. 추가 재배치 및 두 인산염 그룹의 제거는 궁극적으로 두 개의 피루 베이트를 생성합니다. 산소 (O2)를 사용할 수있는 경우 피루 베이트는 아세틸 -CoA로 추가 대사되어 구연산 회로에 도입 될 수 있습니다. 전반적으로 두 분자의 ATP와 두 분자의 NADH + H +를 사용한 해당 과정은 상대적으로 낮은 에너지 수율을 보입니다. 그러나 이는 당의 추가 분해를위한 기초를 마련하므로 세포 호흡에서 ATP 생성에 필수적입니다.

이 시점에서 호기성과 혐기성 해당 과정을 분리하는 것이 합리적입니다. 호기성 해당 과정은 위에서 설명한 피루 베이트로 이어지며, 이는 에너지를 생성하는 데 사용될 수 있습니다.
반대로, 산소 결핍 상태에서 발생하는 혐기성 해당 과정은 구연산 순환에 산소가 필요하기 때문에 더 이상 피루 베이트를 사용할 수 없습니다. 해당 과정의 맥락에서 중간 저장 분자 인 NADH도 생성되는데, 이는 그 자체로 에너지가 풍부하고 호기성 조건에서 Krebs 주기로 흘러 들어갑니다. 그러나 모 분자 NAD +는 해당 과정을 유지하는 데 필요합니다. 이것이 바로 몸이 여기에서“신 사과”를“물고”이 고 에너지 분자를 원래의 형태로 바꾸는 이유입니다. 피루 베이트는 반응을 수행하는데 사용됩니다. 소위 젖산 또는 젖산은 피루 베이트에서 형성됩니다.

자세한 내용은

• 젖산염
• 무산소 역치

호흡 사슬은 무엇입니까?

호흡 사슬은 포도당 분해 경로의 마지막 부분입니다. 당이 해당 과정과 구연산주기에서 대사 된 후, 호흡 사슬은 생성 된 환원 당량 (NADH + H + 및 FADH2)을 재생하는 기능을합니다. 이것은 보편적 인 에너지 운반자 ATP (adenosine triphosphate)를 생성합니다. 구연산 회로와 마찬가지로 호흡 사슬은 미토콘드리아에 위치하므로 "세포의 발전소"라고도합니다. 호흡 사슬은 내부 미토콘드리아 막에 박혀있는 5 개의 효소 복합체로 구성됩니다. 처음 두 효소 복합체는 각각 NADH + H + (또는 FADH2)를 NAD + (또는 FAD)로 재생합니다. NADH + H +의 산화 과정에서 4 개의 양성자가 매트릭스 공간에서 막간 공간으로 이동합니다. 두 개의 양성자는 다음 세 가지 효소 복합체 각각에서 막간 공간으로 펌핑됩니다. 이것은 ATP를 생성하는 데 사용되는 농도 구배를 만듭니다. 이를 위해 양성자는 ATP 합성 효소를 통해 막간 공간에서 매트릭스 공간으로 다시 흐릅니다. 방출 된 에너지는 ADP (adenosine diphosphate)와 인산염으로부터 최종적으로 ATP를 생산하는 데 사용됩니다. 호흡 사슬의 또 다른 임무는 환원 등가물의 산화에 의해 생성 된 전자를 가로채는 것입니다. 이것은 전자를 산소로 전달함으로써 이루어집니다. 전자, 양성자 및 산소를 결합하여 정상적인 물이 네 번째 효소 복합체 (사이토 크롬 c 산화 효소)에 생성됩니다. 이것은 또한 호흡 사슬이 산소가 충분할 때만 발생할 수있는 이유를 설명합니다.

세포 호흡에서 미토콘드리아의 임무는 무엇입니까?

미토콘드리아는 진핵 세포에서만 발견되는 세포 기관입니다. 그들은 또한 세포 호흡이 일어나기 때문에“세포의 발전소”라고도 불립니다. 세포 호흡의 최종 생성물은 ATP (adenosine triphosphate)입니다. 이것은 전체 인간 유기체에 필요한 보편적 인 에너지 운반체입니다. 미토콘드리아의 구획화는 세포 호흡의 전제 조건입니다. 이것은 미토콘드리아에 별도의 반응 공간이 있음을 의미합니다. 이것은 내부 및 외부 막에 의해 달성되므로 막간 공간과 내부 매트릭스 공간이 있습니다.

호흡 사슬 과정에서 양성자 (수소 이온, H +)가 막간 공간으로 이동하여 양성자 농도의 차이가 발생합니다. 이러한 양성자는 NADH + H + 및 FADH2와 같은 다양한 환원 등가물에서 나오며, 이에 따라 NAD + 및 FAD로 재생됩니다.

ATP 합성 효소는 ATP가 궁극적으로 생성되는 호흡 사슬의 마지막 효소입니다. 농도의 차이에 의해 양성자는 ATP 합성 효소를 통해 막간 공간에서 매트릭스 공간으로 흐릅니다. 이 양전하 흐름은 ADP (adenosine diphosphate)와 인산염으로부터 ATP를 생성하는 데 사용되는 에너지를 방출합니다. 미토콘드리아는 이중 막으로 인해 두 개의 반응 공간을 가지고 있기 때문에 호흡 사슬에 특히 적합합니다. 또한 호흡 사슬의 시작 물질 (NADH + H +, FADH2)을 제공하는 많은 대사 경로 (당분 해, 구연산 순환)가 미토콘드리아에서 발생합니다. 이러한 공간적 근접성은 또 다른 장점이며 미토콘드리아를 세포 호흡을위한 이상적인 장소로 만듭니다.

여기서 호흡 사슬의 주제에 대한 모든 것을 찾을 수 있습니다.

에너지 균형

포도당의 경우 세포 호흡의 에너지 균형은 포도 당당 32 개의 ATP 분자를 형성하여 다음과 같이 요약 할 수 있습니다.

C6H12O6 + 6 O2는 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP가됩니다.

(명확성을 위해 ADP 및 인산염 잔류 물 Pi는 educt에서 생략되었습니다.)

혐기성 조건 (예 : 산소 부족)에서는 구연산 순환이 작동하지 않으며 에너지는 호기성 해당 과정을 통해서만 얻을 수 있습니다.

C6H12O6 + 2 Pi + 2 ADP는 2 젖산 + 2 ATP가됩니다. + 2 H2O. 따라서 호기성 해당 과정의 경우처럼 포도당 분자 당 약 6 %의 비율 만 얻어집니다.

세포 호흡과 관련된 질병

그만큼 세포 호흡은 생존에 필수적입니다즉, 세포 호흡 단백질을 코딩하는 유전자의 많은 돌연변이 (예 : 해당 효소)는 치명적입니다 (치명적인)입니다. 그러나 세포 호흡의 유전 질환이 발생합니다. 이들은 핵 DNA뿐만 아니라 미토콘드리아 DNA에서도 유래 할 수 있습니다. 미토콘드리아 자체에는 세포 호흡에 필요한 고유 한 유전 물질이 포함되어 있습니다. 그러나 이러한 질병은 모두 공통점이 있기 때문에 유사한 증상을 보입니다. 세포 호흡에 개입하여이를 방해합니다.

세포 호흡기 질환은 종종 유사한 임상 증상을 보입니다. 여기에서 특히 중요합니다 조직 장애, 많은 에너지가 필요한. 여기에는 특히 신경, 근육, 심장, 신장 및 간 세포가 포함됩니다. 근력 약화 또는 뇌 손상 징후와 같은 증상은 출생시는 아니더라도 어린 나이에도 종종 발생합니다. 또한 발음을 말합니다 젖산 증 (피루 베이트가 구연산 회로에서 충분히 분해 될 수 없기 때문에 축적되는 젖산으로 신체의과 산성화). 내부 장기도 오작동 할 수 있습니다.

임상 사진이 매우 다양하고 다를 수 있기 때문에 세포 호흡 질환의 진단 및 치료는 전문가가 담당해야합니다. 오늘도 여전히 인과 및 치료 요법 없음 준다. 질병은 증상에 따라 치료할 수 있습니다.

미토콘드리아 DNA는 매우 복잡한 방식으로 엄마에게서 아이에게 전달되기 때문에 세포 호흡 질환을 앓고있는 여성은 유전 가능성을 추정 할 수 있으므로 자녀를 갖고 싶다면 전문가에게 연락해야합니다.