Overview of cellular respiration | Cellular respiration | Biology | Khan Academy

[나레이션] 제가 이 비디오에서 이야기해드리려는 건

세포호흡에 대한 개관입니다

세포호흡은 상당히 복잡한 과정이고요,
그 방법도 복잡합니다

보기엔 지저분할 수 있지만

실제에 비해 더 간결하게 설명해 드리겠습니다

당신의 세포 안, 그리고 다른 기관들에서
일어나는 일들을 말이죠

왜냐하면 저는 깔끔한 형태의
세포호흡을 보여드릴 테니까요

포도당에서 시작해서, 어떻게

ATP(아데노신삼인산)이 생산되고,
어떻게 크렙스 회로이 돌아가며

산화적 인산화는 어떻게 진행되는지 말입니다

그런데 실제로는, 여기의 모든 분자들이
세포호흡의 과정에 사용될 수 있습니다

이 분자들은 세포호흡 과정의
서로 다른 단계들에 사용되고

또 다른 단계에서 빠져나가 또다른
반응경로로 가버리기도 합니다

하지만 저는 전통적으로 세포호흡이라
불리는 기본 과정만 보여드리겠습니다

이 과정의 시작은 포도당입니다

포도당에서 시작합니다

여기 탄소 여섯 개짜리 체인이 있습니다

해당과정이 일어나고 있네요

우리 세포의 세포질 안에서 말이죠

그러니까 만약 여기 이 세포에서

상상할 수 있듯 해당과정이

바로 여기서 일어난다고 생각해봅시다

해당과정은 본질적으로
포도당을 분해하는 일입니다

여섯 개짜리 탄소 분자는

두 개의 탄소 세 개 짜리 분자로 분해되죠

그리고 이 탄소 세 개짜리 분자들은

이것은 또다른 강의에서 자세히 살펴볼 내용인데요,
이 분자들은 피루브산이라 불립니다

피루브산

그리고 이렇게 하는 과정은, 그리고 이 분자는

당신이 해당과정의 관점에서
이렇게 말할 수도 있겠네요

해당과정에서는 알짜로 2개의 ATP가 생긴다고 말입니다

하지만 실제로 해당과정은 네 개의 ATP를 생성합니다

하지만 두 개를 쓰니, 알짜로는
두 개가 만들어지는 것입니다

과정을 계속 알아보려면 잠깐 이 표를 살펴봐야 합니다

해당과정은 2개의 ATP를 만들고

이 과정에서는 또한

두 개의 NAD 분자를 NADH분자로 만듭니다

기억하세요, 환원은 전자를 얻는 과정입니다

그리고 여기 보이듯이, 여기 이것은 양전하를 얻었고

이것은 중성 전하 상태이며,
반응 결과 수소화물을 얻게 됩니다

그러니까 이것이 바로 환원입니다

환원

그리고 만약 우리가 세포호흡 중 산화적 인산화

즉 전자전달계의 과정에서

NAD의 환원된 형태인 NADH는 다시 산화됩니다

그 산화되는 과정에서

더 많은 에너지가 생산됩니다

ATP가 훨씬 더 많이 생산되는 것입니다

자, 여기 두 개의 NADH가 있습니다

두 개의 NADH가 생산된 것이죠

이 관점에서, 당신은 이렇게 생각해 볼 수 있어요

약간 결정적인 관점에서

만약 주위에 산소가 하나도 없다면, 또는

당신이 어떤 이유로 더 이상

세포호흡을 이어나가지 않으려고 하는

생물이라고 친다면, 또는 당신이 어떻게

피루브산이 발효에 사용되는지 모른다면

우리는 발효에 관한 비디오를 만들었으니
참고하시기 바랍니다

젖산 발효, 알코올 발효,

피루브산을 이용하는 모든 종류의 발효들은 모두

NADH를 NAD 형태로 다시 산화시켜버립니다

그래서 NAD는 다시 해당과정에 사용될 수 있죠

아무리 NADH가 에너지를 갖고 있다 한들

나중에 ATP생성에 이용될 수 있는 에너지를 말입니다

그리고 아무리 피루브산이 에너지를 갖고 있다고 한들

이것 역시 나중에 ATP생성에
이용될 수 있는 에너지입니다

만약 발효를 한다면, 이런 에너지들은 포기하는 겁니다

그것들은 그냥 폐기물로 봐야 해요

따라서 피루브산을, NADH를 NAD로
바꾸는 데에 써먹어야 할 겁니다

그래야 해당과정을 지속할 수 있습니다

이제 대사가 발효 과정으로
이어지지 않을 거라고 가정해 봅시다

대신 우리는

전통적인 과정을 이어서 진행할 겁니다

유산소 세포호흡, 즉 산소를 쓰는 세포호흡 말입니다

좋아요, 다음으로 이어질 일은 바로

카르복실기에 대한 이야기입니다

제가 지금부터 보여드릴 모든 것은

각각의 피루브산에 대해 일어나는 일이에요

피루브산은 두 개였으니까, 이 과정들은 모두
두 번씩 일어난다고 보셔야 합니다

그러니까 반응식에 모두 두 배를 계산할 거에요

그런데 다음 단계에 무슨 일이 일어나느냐 하면요

바로 이 카르복실기가 떨어져 나갑니다

피루브산으로부터 말이죠,
그리고 근본적으로 카르복실기는

이산화탄소가 되어서 풀려날 겁니다

여기서 우리가 배출하는
이산화탄소가 만들어지는 것입니다

그리고 피루브산의 나머지 부분은,

아세틸기로로 남아 조효소 A와 결합합니다

이제 이 조효소 A에 대해
여기저기서 많이 들어보게 될 텐데요

가끔씩은 그냥 CoA라고 쓰겠습니다. 이렇게 말이죠

한번씩 저는 CoA와 황이

수소결합을 이룬 것을 보여드리겠습니다

황 부분을 표시하는 이유는

황이 하는 역할이

아세틸기와 여기 이 부분에서 붙는 것이기 때문입니다

그러니까, 이산화탄소가 방출된 후에

아세틸기가 황을 사이에 두고 결합하여

아세틸 CoA를 형성하게 됩니다

그리고 아세틸 CoA는, 방금 당신이 배운 분자는

당신은 여기 세 글자를 볼 뿐이지만, 실제로는

상당히 여러 곳에 관련된 분자입니다

이것은 아세틸 CoA의 실제 사진인데요

이 분자는 무척 작지만, 희망차게도

당신은 이 분자가 관련된 일이
상당히 많음에 감사할 것입니다

즉, 우리가 알아보던 아세틸기는

여기 이 부분 말이죠, 여기 바로 위에,
그리고 이건 조효소입니다

이것은 실제로 아세틸기를 옮겨주는 역할을 합니다

잠깐 이 분자에 대해 말하자면

이 분자들을 들여다 보는 것도 재미있어요

왜냐 하면 우리는 어떤 패턴을 볼 수 있기 때문이죠

생물학과 생화학에서
반복적으로 나타나는 패턴 말입니다

아세틸 CoA에는, 아데닌이 바로 여기에 있죠

알아보긴 힘들지만 리보오스도 있습니다

두 개의 인산기 역시 보입니다

즉, 아세틸 CoA의 이쪽 끝은 본직적으로

ADP라는 것입니다

하지만 이것은 조효소로 쓰이는 겁니다

제가 말하고 있는 모든 것은

효소에 의해 촉진되는 반응들입니다

효소들은 여러 가지

보조인자, 조효소를 갖습니다.
만약 우리가 유기물질인

보조 인자에 대해 이야기하고 있다면,
그것들은 촉진제로 쓰이는 것입니다

그리고 여기 보이듯이, 아세틸기는

조효소 A와 결합해서 아세틸 CoA를 형성하지만

이것은 단지 일시적인 부착일 뿐입니다

이 아세틸 CoA는, 본질적으로

아세틸기를 옮겨주는 역할입니다

바로 시트르산 회로로 말이죠

아세틸 CoA는 두 개의 탄소를

옥살로아세트산에 옮겨주어서
시트르산을 형성하도록 하는 것입니다

그래서 아세틸 CoA는 두 개의 탄소를

여기 이 하나, 둘, 셋, 그러니까
네 개의 탄소를 가진 분자에게 주는 것이죠

여섯 개의 탄소를 가진 분자를 만들도록 말입니다

그런데 잠깐, 시트르산 회로에 더 깊이 들어가기 전에

이건 확실히 해야합니다

합산할 에너지 분자가 형성된다는 것을요

왜냐 하면, 여기 이 단계에서

피루브산이 탈탄산화된 이 단계 에서

피루브산이 아세틸 CoA가 되면서

NAD를 NADH로 바꾸는 일이 동시에 일어났기 때문입니다

이제, 각각의 피루브산에 대해서 이것이 한 번씩 일어았으니

우리의 계산은

우리가 세어야 하는 것이

그렇죠, 하나의 포도당에 대한 계산이니까

한 포도당에서 피루브산 두 개가 나오므로

피루브산에 대한 계산은 모두

배를 계산해 줘야 하는 것입니다

그러니까 두 배를 말이죠

그래서 분자의 수에 모두 두 배를 해줍니다

이 단계에선 NADH 두 분자가 생성되는 것입니다

피루브산에서 아세틸 CoA가 생산될 때 말이죠

이제, 당신이 이렇게 표현할 수도 있겠네요

탄소 물질의 이화작용들은 결국

ATP를 생산하게 될 것이라고 말이죠

이런 사건은 우리가 시트르산 회로

또는 크랩스 회로라고 부르는 곳에서 일어나게 됩니다

이 회로가 시트르산 회로라 불리는 이유는

조효소 A에서 옮겨진 아세틸기가

옥살로아세트산에 붙어서
시트르산을 형성하기 때문입니다

그리고 시트르산은, 이 화합물은

레몬이나 오랜지 주스 안에 많이 있는 산입니다

바로 여기 있는 이 분자인데요

시트르산 회로는 크렙스 회로라 불리기도 합니다

맨 처음 이것을 배울 때는 무척 많이
복잡하게 느껴질 텐데요

어떤 사람들은 너무 복잡하다고 투덜댈지도 모르겠어요

하지만 저는 여러분께 이 회로에서 무슨 일이
일어나는지 개관을 알려드리려 합니다

시트르산, 다시 말하지만 여섯 탄소가 붙은 이 분자는

여러 단계를 거쳐서 조금씩 분해되 나가는 것입니다

진짜 여기서 자세한 하나하나
단계를 보여드리진 않겠습니다

옥살로아세트산으로 돌아오는 단계들을 말이죠

다시 돌아온다면 또다시 두 개의
탄소와 결합할 수 있습니다

명확한 일입니다. 두 개의 탄소가

조효소 A로부터 풀려난 다음에는

조효소 A는 다시 사용될 수 있는 것이죠

다시, 피루브산을 탈탄산화시키는
데에 쓰이는 것입니다

이렇게 여러 개의 회로가 돌아갑니다

그런데 이 시트르산 회로에서의
중요한 탄소 떼어내기 작업은

각 단계에서 한 중간물질에서 다음 중간물질로 넘어갈 때

계속해서 NAD 가 NADH 로
바뀌어가는 과정을 포함합니다

사실, 회로에서 이 작업은 세 번이나 일어납니다

시트르산 회로 한 바퀴에서 말이죠. 기억하세요

이 회로 한 바퀴는 각각의 아세틸 CoA에 대한 것이고

따라서 피루브산 하나에 대한 것이라는 걸 말입니다

그러니 포도당 한 분자에 대해서는
각 일들이 두 번씩 일어나는 거예요

따라서 모든 생성물에는 두 배를 해 줘야죠

원래 포도당 한 분자에 대해 계산하는 거니까요

이 회로에서는 세 개의 NADH가
만들어집니다

그런데 우리는 이걸 두 번씩 하니까

이렇게 계산해야겠네요

원래 포도당 분자는

여섯 개

여섯 개의 NADH를 생성한다고 말입니다

아니면 이렇게 말할 수도 있어요.
여섯 개의 NAD분자가 NADH로 환원된다고 말이죠.

이제, 또한 이 과정에서

탄소 골격을 부수는 작업이 일어나니까

탄소 여섯 개짜리 물질을
탄소 네 개짜리 물질로 만드는 작업 말이죠

탄소를 이산화탄소로 내보내게 됩니다

그리고 원래는 GDP가 GTP로 바뀌게 되는데

이것이 곧 ADP를 ATP로 바꿔주게 됩니다

그렇지만 기능적인 관점에선
ATP를 생성하는 것과 마찬가지입니다

따라서, 이렇게 말할 수도 있습니다 우리가 바로

잠깐, 기억하세요, 우리는 모든 작업을 두 번씩 한다는 것 말입니다

그러니 우리는 두 개의

그냥 두 개의 ATP라 하겠습니다. 간단하게 말입니다

GTP라 할 수도 있지만 ATP라 할게요

다시 말하지만, ATP생성은 매 사이클마다 이뤄지고

포도당 한 분자에 대해서는 두 번 사이클이 돌아갑니다

그리고, 우리는 다른 조효소들도 알아야 합니다

FAD는 FADH2로 환원이 됩니다

하지만 이것은 효소들에 공유결합한 채로 머무르다가

환원 반응을 촉진합니다

결국 바로 조효소Q를 QH2로 환원시킵니다

조효소 Q에서 QH2

그냥 QH2라고 썼는데요, 하지만

다시 말씀드리지만, 두 분자를 생각하셔야 됩니다

그러니까 두 분자의 QH2 말입니다

이제 우리는 이렇게 생각할 수 있어요

알짜 생성물은 이렇게,
여기 보이는 것처럼 만들어집니다

우리는 그냥, 그러니까 그냥

잠깐 속기를 하겠습니다

더 심화된 강의 비디오에서 자세한 것은 알아보도록 하죠

이 조효소들은, 즉 NADH

그리고 QH2들은 산화가 됩니다

산화적 인산화 동안에 말입니다

그리고 전자전달계에서는

수소 이온 농도기울기를 만들기 위해 NADH가 산화됩니다

미토콘드리아 내막을 사이로 둔 기울기 말입니다

이에 대해 우리는 나중에
좀더 자세한 내용을 살펴볼 것입니다

하지만, 수소이온 농도기울기가
어떤 일을 하는지는 알아두죠

바로 ATP를 만드는 일을 합니다

이것을 이해하는 한 가지 방법은 이렇습니다

각각의 NADH가 생산하는 것은

물론 효율에 따라 다르겠지만,

NADH는 실제로

생산할 수 있는 것이

두 개 또는 세 개의 ATP입니다

각각의 환원된 조효소 Q,

즉 QH2,

이것은 1.5개의 ATP를 생산하는 일에 쓰입니다

이 부분은 잘 알려져 있습니다

정확히 어떻게 적용되는지 말이죠

그것은 세포의 효율에 달려 있어요

그리고 그 세포가 실제로 어떤 기능을 하는지에도 달려 있죠

따라서, 이런 범위 안에서, 사실
저는 이렇게 말씀드리려 해요

1.5개에서 두 개의
ATP가 생산된다고 말이죠

그리고 이건 모두 추정치의 숫자입니다

그러니까 우리, 이젠 전체를 합해보도록 합시다

우선 ATP나 GTP를 합친다면

해당과정에서 두 개, 또 여기 두 개

총 네 개 분자를 얻게 됩니다

즉 직접적으로는 생성된 ATP는 4개입니다

그렇다면 얼마나 많은 NADH들이 생성될까요?

우리는 두 개, 네 개, 그리고 여섯 개를 더합니다

우리는 열 개의 NADH를 가진 것이죠

열 개의 NADH

그리고 이제, 두 개의 조효소 Q가 만들어진 것입니다

두 개의 QH2 말입니다

이제 네 개의 ATP가 생성됩니다

추정해 보면

생성되는 것은 20개에서 30개의 NADP입니다

죄송합니다, 20개에서 30개의 ATP입니다

20개에서 30개의 ATP.

그리고, 셋에서 네 개가 생성될 것입니다

셋에서 네 개의 ATP들이요

이제 다 더해 봅시다

양쪽 끝 범위를 다 더해 봅시다

어디 봅시다, 20더하기 3더하기4

27 ATP입니다

27 개의 ATP

그리고 가장 큰 값은, 어디 봅시다

30더하기 4 더하기 4,

38입니다

38 ATP

그리고 38 ATP 개수를 고려하는 것은

이론적인 최대치일 뿐이죠, 실제로는

세포들에서 관찰되는 바로는

29에서 30 ATP가 생산됩니다

그리고 다시 한 번, 이것은
세포에 따라 결정되는 것입니다

세포의 종류, 효율성에 따라서 다른 것입니다

하지만 이 모든 것이 세포호흡을 통해 일어납니다

더 세밀하게 분석하면

어디에서 일어나는지도 살펴볼 수 있습니다

이 모든 게 어디서 일어나는지 말이에요

해당과정은 세포질에서
일어난다고 말씀드렸었죠

그리고 시트르산 회로는

미토콘드리아 기질에서 일어납니다

여기 이쪽 공간을 보세요

그러니까 이것이 시트르산 회로

여기 작은 진홍색으로 표시한 공간 보이시나요?

여기가 미토콘드리아 기질입니다

미토콘드리아에 대한 우리 강의 비디오에서는

더 자세한 내용을 접할 수 있습니다

그리고, 실제로 일어나는 조효소들의 전환

즉 전자전달계에서 일어나는 전환은

크리스타의 막에서 일어나는 일들이랍니다

그리고 이렇게 접힌 크리스타들은

미토콘드리아 내막계의 접힌 부분들이라 볼 수 있죠

그러니까, 산화적 인산화는
여기 이 막들에서 일어나는 일인 것입니다

사실 이 막들의 복수형은 크리스테입니다

크리스타는 크리스테의 단수형입니다

다른 비디오에서,
더 자세한 설명을 준비해서 찾아뵙겠습니다!