기억기능과 기억장애

2020. 5. 16. 14:32

미토콘드리아와 산화적 인산화  471p

미토콘드리아는 거의 모든 진핵세포에 존재한다. 세포에 있는 대부분의 ATP가 이 세포소기관에서 만들어진다. 세포기질내에서 포도당이 해당작용을 통해 피루브산으로 전환될 때의 순반응은 포도당 한 분자당 그 분자의 ATP를 생산하는데, 이는 당을 산화하여 얻을 수 있는 가능한 자유에너지의 10%도 되지 않는 수치이다. 반면,

미토콘드리아가 참여하여 해당작용부터 시작한 포도당의 산화과정을 끝마치게되면 포도당 한 분자로부터 30여 개의 ATP가 생산된다. 미토콘드리아의 중요성은 미토콘드리아의 기능이상에 의해 발생하는 심각한 질환에서도 확인할 수 있다. 앞서 말씀들인 "근육세약, 심장이상, 간질, 치매증상이 미토콘드리아의 기능이상에 의해 나타난다.

근육이나 신경조직은 다량의 ATP가 있으야 제대로 기능이 발휘할 수 있기 때문에, 미토콘드리아에 결함이 있으면 이 두 조직이 가장 영향을 많이 받는다". 심장근세포의 경우 수축성 단백질들이 존재하는 근체에 미토콘드리아가 많고, 정자의 경우 많은 운동을 하여야 하는 편모 주위를 미토콘드리아가 둘러싸고 있다. 다른 세포에서는 세포기질에 넓게

분포한 미토콘드리아가 융합하여 길어지고 역동적인 관형 네트워크를 만들기도 한다. 이 네트워크는 역동적이어서 계속 분열하기도 하고 융합되기도 한다. 472p 미토콘드리아는 세포안에 다수 존재하는데, 간세포의 경우에는 약 1,000개에서 2,000개 존재한다. 골격견 세포의 경우, 근육이 수축되도록 자극을 반복하면, 미토콘드리아는 그 수가

다섯배에서 열배 정도 증가될 때까지 분열하기도 한다. 모양이나 위치, 숫자와는 상관없이 모든 미토콘드리아는 ATP를 효율적으로 생산하도록 기본적인 내부구조 디자인은 동일하다. 미토콘드리아는 두 개의 특수화된 막으로 둘러싸여 있다. 이러한 막은 외막과 내막이라고 불리우며, 이들에 의해 두 개의 공간이 형성되는데, 이 중 안쪽의 큰 공간을 기질이라 하고,

두 막 사이의 쫍은 공간을 막간공간이라 한다. 미토콘드리아의 내막은 산화적 인산화를 수행하는 부위로써, ATP 합성에 필요한 전자전달계와 수소이온 펌프, ATP 합성효소를 가지고 있다. 이 막은 수송단백질을 가지고 있으므로 피루브산이나 지방산과 같이 미토콘드리아에 의해서 산화될 몇개의 작은 분자만을 선택적으로 기질로 이동시킨다. [그림14-8참조] 173p

간세포의 경우에는 전체 미토콘드리아 내막이 세포전체 막의 1/3이나 된다. 심장근 세포의 미토콘드리아 크리스타는 간세포의 미토콘드리아보다 세 배나 더 넓다.  세포기질 내에서 해당작용에 의해 생산된 피루브산과 지방의 분해로 생성된 지방산[그림13-3참조]들은 미토콘드리아 외막과 포린을 통해서 미토콘드리아의 막간 공간으로 들어간다.

이 연료 분자들은 미토콘드리아 내막을 통과해 기질로 운반된 후, 중요한 대사 중간산물인 아세틸 CoA로 전환된다. 지방산은 아마 포스파티딜콜린[세포의막, 콜린, 인산, 호르몬, 신경전달물질들의 원료] 지방분자들 위에 머리부위의 콜린을 가리킴, 콜린이 아세틸콜린을 만듬, [그림14-9,-12참조]

진핵세포에서 당과 지질에서 유래된 분자로부터 만들어지는 아세틸 CoA는 미토콘드리아에서 생산된다. 대부분의 세포내 산화반응과 ATP 합성의 대부분은 미토콘드리아에서 일어난다. 476p


호흡사슬을 통한 전자의 이동은 미토콘드리아 기질에서 막간공간으로 수소이온을 펌프질하는 것과 연계되어 일어난다. 호흡사슬을 통한 전자의 이동은 에너지적으로 유리한 과정이다. 최종적으로는 산소 분자와 결합하여 물을 만들게 된다. 이 마지막 반응이 세포호흡에서 산소가 필요한 유일한 반응이고, 우리가 호흡하는 산소의 거의 대부분은 여기서 소모된다.


478p ADP에 인산화 작용[ATP합성]을 하는 부위는 막대사탕의 동그란 머리 모양을 하여 미토콘드리아의 기질 내에 위치한다. [그림14-16] 수소이온이 막관통 수소이온 운반체 내의 좁은 통로를 통과함에 따라, 머리부분 안쪽에 닿아있는 막대와 운반체가 빨리 돌면서 마치 작은 모터처럼 ATP를 생산하도록 한다. 막대가 돌면서 움직이지 않는 머리부분과의 마찰을 통해


단백질의 구조를 변하게 하여 ATP 합성효소는 이러한 훌륭항 기구를 이용하여 매초 약 100개의 ATP를 생산할 수 있는데, 이는 막대의 한 회전 당 약 세 분자의 ATP를 합성하는데 해당한다.  480p


미토콘드리아의 내부기잘에서 산화적 인산화를 거쳐 생긴 ATP의 일부는 미토콘드리아자체에 이용되어 DNA 복제나 단백질 합성과 같은 에너지에 필요한 여러 반응에 사용된다. 일반적으로 ATP 분자가 미토콘드리아에서 나왔다가 ADP로 다시 들어와 ATP로 재생되는 횟수가 1분당 1번 이상이어서, 세포내의 ATP 농도가 ADP보다 10배 이상 높게 유지된다.


생합성효소들은 가끔 에너지적으로 불리한 반응을 에너지적으로 유리한 ATP 가수분해와 연개하여 진행시키기도 한다. [그림3-33A참조].


세포에서 이러한 반응의 진행에 ATP가 이용되는 것은 축전지가 전기 엔진을 돌리는데 쓰이는 것과 마찬가지이다. 만약 미토콘드리아의 기능이 멈추면 ATP의 숫자가 줄어들고 세포의 축전지가 바닥난 것과 마찬가지가 된다. 열역학적으로 불리한 반응들은 일어나지 못하고 세포가 죽게 될 것이다.

 

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출처 세이브바이오텍 5232.co.kr 더보기