에너지를 방출하는 해당과정 단계

해당과정의 첫 단계는 포도당(glucose)을 글리세르알데하이드-3-인산(glyceraldehyde 3-phosphate, 줄여서 G3P; 글리세르알데히드-3-인산)으로 변환하기 위해 에너지를 소모하는 반면, 두 번째 단계는 에너지를 생산합니다. 에너지는 G3P를 피루브산(pyruvate)으로 바꾸는 일련의 화학 반응을 통해 방출됩니다. 에너지를 방출하는 단계(즉 해당과정의 6에서 10까지의 세부단계)는 1에서 5까지의 세부단계 동안 생성된 두 개의 3탄소 당에 맞춰 각 당에 한 번씩, 총 두 번 발생합니다.

첫 번째 에너지 방출 단계(즉 해당과정의 6번째 세부단계)에선 G3P의 산화(oxidation)와 인산화(phosphorylation)가 동시에 일어납니다. 전자(electron)를 운반하는 NAD⁺는 G3P에서 수소 한 개를 제거하여 G3P를 산화시키며 NAD⁺를 NADH와 H⁺로 환원(reduction)합니다. 방출된 에너지는 G3P를 인산화하여 1,3-이중인산글리세르산(1,3-bisphosphoglycerate)으로 만듭니다.

다음 단계에선 1,3-이중인산글리세르산이 인산기(phosphate group)를 공여해 아데노신이인산(ADP)을 아데노신삼인산(ATP)으로 변환하고, 이어서 3-인글리세르산(3-phosphoglycerate)으로 변환합니다. 3-인글리세르산은 그 뒤 이성질체(isomer)인 2-인글리세르산(2-phosphoglycerate)으로 변환합니다.

그 후, 2-인글리세르산은 물 분자를 잃어 불안정한 2-포스포에놀피루브산(2-phosphoenolpyruvate, 줄여서 PEP)이 됩니다. PEP는 인산기를 주변 ADP에게 쉽게 뺏겨서, 이에 따라 ADP가 ATP 분자로 변하면 PEP는 그 과정에서 피루브산이 됩니다.

에너지를 방출하는 해당과정의 세부단계는 (에너지가 필요한 해당과정 단계에서) 변환된 당 1개당 ATP 분자 2개와 NADH 분자 1개를 방출합니다. 다만 에너지가 필요한 해당과정 단계에서 3탄소당 2개가 생성되고 각 당마다 에너지를 방출하는 해당과정 단계 따로 진행되기 때문에, 에너지를 방출하는 해당과정에선 총 ATP 분자 4개와 NADH 분자 2개가 방출됩니다. 따라서 해당과정 전체를 따져보면 해당과정은 포도당 분자 1개당 ATP 분자 2개(에너지 방출과정에서 만든 것 4개에서 에너지 필요과정에서 쓴 것 2개를 뺌)와 NADH 분자 2개를 생성합니다.

해당과정은 하나의 6탄소 포도당 분자에서 두 개의 3탄소 피루브산 분자를 생성합니다. 유산소 환경일 경우 피루브산은 크렙스회로(Krebs cycle)를 통해 이산화탄소로 분해되며 많은 ATP 분자를 방출하게 됩니다. NADH는 세포 내에 축적되어 NAD⁺로 변환된 뒤 해당과정에 다시 사용될 수 있습니다.