1. 물질대사
생명체에서 일어나는 모든 화학반응을 물질대사라고 합니다. 물질대사는 생물이 생존하기 위해 필요한 에너지를 생성하고, 물질을 합성 및 분해하는 과정을 의미합니다. 화학 반응이 일어날 때는 효소가 관여합니다.
물질대사는 동화작용과 이화작용으로 구분할 수 있습니다. 동화작용은 작고 간단한 물질을 크고 복잡한 물질로 합성하는 과정으로, 아미노산이 결합하여 손톱을 구성하는 단백질로 합성되거나 간세포에서 포도당이 결합하여 글리코겐으로 합성 등이 이에 해당합니다. 이화작용은 크고 복잡한 물질을 작고 간단한 물질로 분해하는 과정으로, 세포에서 포도당이 산소와 반응하여 이산화 탄소와 물로 분해되는 세포 호흡과 간세포에서 글리코겐이 포도당으로 분해되거나 알코올이 이산화 탄소와 물로 분해되는 것이 이에 해당합니다.
물질대사를 통해 에너지 생산, 세포의 구조나 기능을 유지하는 데 필요한 구성 요소를 합성, 체내 항상성 유지 등 역할을 합니다. 생명체에서 일어나는 모든 화학반응을 물질대사라고 합니다. 물질대사는 생물이 생존하기 위해 필요한 에너지를 생성하고, 물질을 합성 및 분해하는 과정을 의미합니다. 화학 반응이 일어날 때는 효소가 관여합니다.
2. 에너지의 전환과 이용
세포호흡(Cellular respiration)
세포호흡은 생물이 영양소(탄수화물, 단백질, 지방)를 분해하여 에너지원인 ATP를 생성하는 과정입니다. 세포호흡은 세포 내 미토콘드라아에서 주로 일어나며, 세포질에서도 일부 과정이 일어납니다.
● 세포호흡의 과정
세포호흡은 해당작용, 시트르산 회로, 전자전달계 3단계로 나눠 진행됩니다.
먼저 해당작용(Glycolysis)은 세포질에서 일어나며, 포도당 1분자가 2분자의 피루브산으로 분해되는 과정입니다. 이 과정에서 약간의 ATP(에너지)와 NADH가 생성됩니다. 다음은 시트르산 회로(TCA Cycle)로 입니다. 시트르산 회로는 미토콘드리아 기질에서 일어나며 해당과정에서 만들어진 피루브산이 미토콘드리아로 이동하여 아세틸-CoA로 변환됩니다. 이후 TCA회로에 들어갑니다. 두 번째 시트르산 회로에서 이산화탄소, NADH와 FADH2 그리고 약간의 ATP를 생성합니다.
마지막으로 전자전달계(Electron Transport Chain) 과정을 거치게 됩니다. 전자전달계는 미토콘드리아 내막에서 일어나며
앞서 만들어진 NADH와 FADH2가 전자전달계로 이동하여 전자와 양성자를 전달하면서 ATP를 생성합니다. 이 과정에서 나오는 에너지는 ATP 합성효소를 이용하여 ATP를 합성하는 데 사용됩니다. 전자전달계에서 산소는 전자를 받아 물로 바뀌게 됩니다. 위의 과정을 통해 포도당은 산소와 반응하여 이산화탄소와 물로 분해되면서 에너지가 방출하게 됩니다. 이때 방출된 에너지는 일부 ATP로 저장되고 나머지는 열로 방출됩니다. 생물이 포도당을 ATP에 나누어 저장하는 이유는 에너지를 효율적으로 사용하기 위함입니다.
● ATP(Adenosine Triphosphate)
ATP는 생명활동에 직접 이용되는 에너지 저장 물질입니다. ATP는 아데닌(Adenine), 리보스(Ribose), 3개의 인산기(Phosphate Groups)로 구성되어 있습니다. 아데닌과 리보스가 결합한 아데노신에 3개의 인산기가 결합한 구조입니다.
ATP는 세포 내에서 에너지 제공, 신호 전달, 화학 반응 촉매 등 기능을 수행하며 에너지 공급이 메인 기능입니다.
● ATP-ADP 회로
ADP와 무기인산이 결합하여 ATP가 형성되면서 에너지가 저장되고, ATP가 ADP와 무기인산으로 분해되면서 에너지가 방출되는 과정을 ATP-ADP 회로라고 합니다. 이는 세포의 에너지 효율성을 극대화하고 지속적인 에너지를 공급하여 생물이 생명 활동을 원활하게 수행할 수 있습니다.
● ATP(에너지)의 역할
세포호흡으로 만들어진 ATP는 생명 활동의 에너지 공급원으로 근육수축, 물질 운반, 물질 합성, 발열 등의 역활을 수행합니다.