시트르산회로

크렙스회로(Krebs cycle), TCA 회로(tricarboxylic acid cycle, 줄여서 TCA cycle), 구연산회로라고도 알려져 있는 시트르산회로(citric acid cycle)는 아데노신삼인산(ATP) 분자 1개, NADH 분자 3개, FADH₂ 분자 1개, CO₂ 분자 2개를 생성하는 몇 개의 에너지 생성 반응으로 구성되어 있습니다.

아세틸 CoA(acetyl CoA)는 시트르산회로로 들어가는 지점입니다. 시트르산회로는 진핵세포(eukaryotic cell)의 미토콘드리아 내막(즉, 기질(matrix))이나 원핵세포(prokaryotic cell)의 세포질(cytoplasm)에서 발생합니다. 시트르산회로 이전에 피루브산 산화(pyruvate oxidation)에서 포도당 분자 1개당 아세틸 CoA 분자 2개가 생성됐기 때문에, 시트르산회로는 포도당 분자 1개당 두 번 실행됩니다.

시트르산회로는 8단계로 나뉘고 각 단계는 서로 다른 분자를 생성합니다 (이하 생성물은 이탤릭체로 표시됩니다).

효소의 촉매 작용으로 아세틸 CoA(2탄소) 1개는 옥살로아세트산(oxaloacetic acid; 4탄소) 1개와 반응하여 6탄소 분자인 시트르산(citrate; 구연산)을 형성합니다.

이 다음 시트르산은 물을 제거하고 추가하는 2단계 과정을 통해 이성질체(isomer) 중 하나인 아이소시트르산(isocitrate; 아이소구연산)으로 변환됩니다.

세 번째 단계에서는 아이소시트르산이 산화하여 알파-케토글루타르산(α-ketoglutarate; 5탄소)을 생성합니다. 이 과정은 CO₂를 방출하고 NAD⁺를 NADH로 환원(reduction)합니다.

네 번째 단계에서는 알파-케토글루타르산에서 불안정한 화합물인 석시닐 CoA(succinyl CoA; 삭시닐 CoA; 숙시닐 CoA)를 형성하는데, 여기서도 CO₂를 방출하고 NAD⁺를 NADH로 환원합니다.

다섯 번째 단계에서는 인산기(phosphate group)가 석시닐 CoA의 CoA기(CoA group)를 대체해 석신산(succinate; 숙신산; 호박산; 4탄소)을 생성합니다. 그리고 이 인산기는 아데노신이인산(ADP) 또는 구아노신이인산(GDP)에 전달되어 아데노신삼인산(ATP) 또는 구아노신삼인산(GTP)을 형성합니다.

여섯 번째 단계에서는 석신산이 산화하여 푸마르산(fumarate; 4탄소)을 형성합니다. 이 반응은 FAD를 FADH₂로 환원합니다.

일곱 번째 단계에서는 푸마르산에 물이 더해져 말산(malate; 사과산; 4탄소)을 생성합니다.

마지막 단계에서는 말산이 산화해 첫 번째 단계에서 아세틸 CoA와 반응하는 화합물인 옥살로아세트산(oxaloacetate)을 생성합니다. 이 과정에서 NAD⁺는 NADH로 환원됩니다.

이렇게 시트르산회로에서 생성된 NADH와 FADH₂는 전자전달계(electron transport chain)에 전자를 공급해 추가 ATP 생성을 돕습니다.