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뷰티칼럼

 
작성일 : 14-01-27 15:42
[전문칼럼] 세포의 에너지 대사①
 글쓴이 : 최고관리자
조회 : 3,537  
 
 
[전문칼럼] 세포의 에너지 대사① 
에스테틱 숍의 전문성을 높인다.
세포의 에너지 대사①
 
 
 
 
우리에게 아주 친숙한 스마트폰은 일정 용량의 배터리가 제공하는 에너지의 힘으로 작동된다. 배터리가 다 사용된 후 재충전하지 못한다면 우리는 스마트폰을 사용할 수 없게 된다. 사람의 경우도 생명을 유지하는데 필요한 에너지를 더 이상 얻지 못한다면 죽을 수도 있다. 심장이 뛰고 숨쉬는 일, 음식물을  소화, 흡수시키는 일과 같은 생명을 유지하는데 일어나는 모든 현상은 모두 에너지가 있어야만 가능한 일이다. 즉, 사람이 살아있다는 것은 에너지를 계속 공급 받고 있다는 뜻이다.

“생명을 유지하는데 사용되는 에너지는 어디에 서 오는 걸까?”, “누가 어떻게 만들어 주는 걸까?”
현존하는 대부분의 생물들은 기본 단위인 세포에서 포도당으로부터 A TP( a d e n o s i n etriphosphate, 아데노신 삼인산)라는 에너지를 얻는다. 빛의 에너지를 이용하는 식물마저도 먼저 포도당을 합성한 후 이 포도당을 분해하여 에너지를 사용한다.

인체의 경우, 하나의 포도당으로부터 최대 38개의 ATP를 생산할 수 있다. 본 기고에서는 포도당으로부터 ATP를 만들어 내는 세포의 에너지 대사에 대하여 간단히 독자 여러분들과 함께 알아보고자 한다.
 
서로 다른 구성원들이 모여서 하나의 사회를 이루듯이 조금씩 다른 기능의 세포들이 모여 하나의 생명체를 이룬다. 이렇게 이루어진 우리 몸이 건강을 유지한다는 것은 우리 몸을 구성하고 있는 모든 세포가 제대로 자신의 기능을 수행하고 있다는 것을 말한다.
 
심지어, 우리가 자는 동안에도 60와트의 전구를 밝히는데 필요한 에너지보다 더 많은 에너지가 소모된다고 한다. 즉, 생명을 유지하는데 필요로 하는 생체 에너지 원료는 인간의 경우 섭취한 음식물과 호흡하는 산소이다.
즉, 인체의 기본 단위인 세포에서 섭취된 음식물과 산소를 이용하여 인체가 요구하는 배터리를 만들어낸다고 이해하면 된다.
 
현존하는 식물을 포함하는 대부분의 생물들은 포도당으로부터 에너지를 얻는다. 식물의 경우는 식물세포의 엽록체 안에 있는 엽록소에서 이산화탄소와 물과 빛 에너지를 이용하여 광합성을 하며 그 결과로 포도당과 소량의 물, 그리고 산소를 만든다. 이 과정을 하나의 화학식으로 표현하면 아래와 같다.
 
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이렇게 광합성을 통해 생성된 포도당은 결합하여 녹말이 되며, 나뭇잎 속의 녹말은 밤에 포도당으로 분해되어 생활에너지원으로 사용되고 나머지는 씨와 열매에 저장되는데 감자나 고구마와 같은 경우는 녹말로 저장되고, 콩의 경우는 단백질로 만들어져 저장된다.
 
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유기산, 포도당, 녹말과 같이 수소(H), 산소(O), 탄소(C)의 3가지 원소로 이루어진 화합물을 탄수화물이라 부른다. 이러한 탄수화물은 생명체의 중요한 에너지 원료로 사용되며, 특히 근육이나 뇌 세포의 활동을 활발하게 해준다. 하지만 너무 많이 섭취하게 되면 비만을 초래하는 단점도 있다. 탄수화물을 구성성분의 간단한 비로 나타내고 싶을 때는 Cn(H2O)n 이라 적는다. 이 화학식에서 알 수 있는 것처럼 탄수화물은 물과 탄소로 구성된 화합물이다.
 
포도당(C6H12O6)의 경우에는 n=6인 탄수화물의 일종인 셈이다. 포도당은 녹말, 셀룰로오스 등 여러 형태로 존재하며, 이들 고분자를 분해해 얻는 포도당을 해당과정(glycolysis)을 통해 분해하면서 에너지를 얻어낸다. 사실 해당과정만으로는 충분한 양의 에너지를 얻어낼 수가 없고, 이산화탄소의 형태로 완전히 산화시켜야만 많은 양의 에너지를 얻어낼 수 있다.<그림 1>

실제로 이와 같은 과정이 우리 몸에서 일어나며 이를 유산소호흡(aerobic respiration)이라 부른다.
 
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모든 세포에서 가장 많이 쓰는 에너지는 ATP라고 불리며, 아데노기에 인(Phosphorus)이 3개가 붙어있다.<그림 2>
 
광합성을 통해 식물이 수확한 에너지는 ATP를 생산하는데 사용된다. 이 ATP는 자기가 가진 3개의 인 중에 1개를 떼어내면서 1몰당 약 7,300칼로리의 에너지를 생산해낸다. ATP가 2개의 인을 가진 ADP로 바뀌면서 생산해내는 에너지들이 모여서 근육을 움직이고 심장이 뛰게 하며 우리 몸이 살아있을 수 있게 한다. 또한 지방과 녹말의 화학결합에 저장된 에너지 역시 ATP로 전환된다. 세포는 능동수송, 이동, 기타 화학반응을 수행하는데 ATP를 사용한다. 즉, ATP는 발전소에서 생산된 전기라고 볼 수 있는데, 보통 하나의 포도당으로부터 최대 38개의 ATP를 생산할 수 있다. 아래에 이 과정을 좀더 상세히 알아보기로 한다.
 
우리가 밥을 먹으면 밥 속의 녹말은 소장에서 포도당으로 소화되어 혈액에 녹아 세포에게로 간다. 혈액에 의해 세포로 전달된 포도당들은 세포에 의해 흡수된다.
 
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세포의 세포질로 들어간 포도당은 분해되면 2분자의 피루브산(CH3COCOOH), 2NADH2, 2ATP가 생성된다. 이 과정을 해당과정이라고 한다. 산소가 세포에 공급되면 세포내 에너지 생산공장인 미토콘드리아는 TCA회로에서 2개의 ATP, 전자전달계에서 34개의 ATP를 추가 생성한다. 이렇게 해서 세포는 유기호흡을 통해 1개의 포도당분자를 받아들여 전체 38 ATP를 생성하게 된다.<그림 3>
 
ATP는 7.3kcal/mol의 에너지를 해낼 수 있으므로 1mol의 포도당 분자는 277.4kcal 의 에너지를 생성할 수 있는 ATP를 생성할 수 있다. 이들 ATP는 다양한 생명활동(물질합성, 물질수송, 전기/소리/빛의 생성)에 사용된다.
 
그림3에서 보여주는 것처럼 해당과정을 통해 세포는 2ATP의 에너지를 얻을 수 있다. 이 단계에서 산소가 없으면 포도당 1분자당 젖산 2분자로 분해되고, 젖산은 세포 속에 축적되어 세포액의 삼투압을 증가시킨다.
 
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앞에서 설명한 과정은 우리 몸 속, 특히 세포 속에 있는 미토콘드리아(Mitochondrion)에서 일어난다.<그림 4>
 
미토콘드리아의 개수는 호흡이 활발할수록 많은데 간세포는 1개당 1000~3000개 정도가 있는 것으로 알려져 있다.
 
지금까지 세포에서 일어나는 에너지 대사에 대해 살펴보았다. 간단히 다시 요약하면, 우리가 섭취한 탄수화물이 소장으로 이동하여 이곳에서 최종적으로 포도당으로 변화되어 혈액 속으로 들어간다. 혈액에 의해 세포로 전달된 포도당들은 세포에 의해 흡수되어 인체가 필요로 하는 에너지 형태인 ATP를 만들어낸다. 미토콘드리아나 산소가 없는 경우, 세포는 1분자의 포도당에서 2분자의 ATP만을 생산할 수 있으나, 미토콘드리아와 산소가 있으면 38분자의 ATP를 생산할 수 있다. 즉 우리가 섭취한 음식물과 산소를 이용하여 생명을 유지할 수 있는 에너지를 세포 스스로가 생산하는 것이다. 다음 회에서는 포도당으로부터 합성된 ATP가 어떻게 각종 대사활동에 활용 되는지에 대해서 알아보도록 하자.케놀라 잎_웹1.jpg
 
 
< 출처: THE NEXT® 2013년 7/8월호, 16-19p 발췌 > 
 
 
 

 
 
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글 / 황경훈 Ph.D.
이학박사(생화학 전공, 자알란트 대학교, 독일)
전 KIST-Europe 연구원
전 서울대학교 BK21 농생명공학사업단 연구원
현 넥스젠바이오텍 중앙연구소 선임연구원

 
   
 


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