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8.9: 전자전달계
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Biology

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Electron Transport Chains
 
전사물

8.9: 전자전달계

세포호흡(cellular respiration)의 마지막 단계는 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)인데, 이는 (1) 전자전달계(electron transport chain)와 (2) 화학삼투(chemiosmosis)로 구성됩니다.

전자전달계는 진핵세포(eukaryotic cell)의 미토콘드리아 내막과 원핵세포(prokaryotic cell)의 원형질막(plasma membrane)에 있는 단백질과 기타 유기 분자로 구성되어 있습니다. 전자전달계는 두 가지 주요 기능을 합니다. 하나는 화학삼투 중 ATP를 생성하는 데 이용되는 양성자 구배(proton gradient)를 생성하는 것이고, 다른 하나는 해당과정(glycolysis)과 시트르산회로(citric acid cycle)에 사용되는 전자운반체(electron carrier; 예: NAD+와 FAD)를 생성하는 것입니다.

일반적으로 전자전달계의 분자는 네 개의 복합체(I, II, III, IV)로 구성됩니다. 분자는 여러 번의 산화환원반응(redox reaction)을 통해 서로에게 전자를 전달하는데, 이때 산화환원반응은 전자전달계를 통해 전자를 높은 에너지 레벨에서 낮은 에너지 레벨로 옮깁니다. 이런 반응은 복합체가 내막을 가로질러(즉 기질(matrix)에서 막간공간(intermembrane space)으로) H+를 펌프질하는 데 사용하는 에너지를 방출합니다. 따라서 이는 내막 전체에 양성자 구배를 형성합니다.

NADH와 FADH2는 이전 세포호흡 단계에서 생성되어 이미 환원된 상태의 전자운반체입니다. NADH는 방출된 에너지를 사용하여 양성자를 막간 공간으로 펌프질하는 복합체I에 직접 전자를 전달할 수 있습니다. FADH2도 전자를 복합체II에 전달하지만, 이 복합체는 복합체 중 유일하게 양성자를 막간 공간으로 펌프질하지 않습니다. 따라서 FADH2는 NADH보다 양성자 구배에 덜 기여합니다. 이후 NADH와 FADH2는 각각 전자운반체인 NAD+와 FAD로 변환됩니다.

NADH와 FADH2 모두 전자를 복합체III에 전달하는 이동 전자운반체(mobile electron carrier)인 유비퀴논(ubiquinone)에 전자를 전달합니다. 거기서부터 전자는 이동 전자운반체 시토크롬c (cytochrome c, 줄여서 cyt c)로 전달됩니다. cyt c는 전자를 복합체IV에 보내고, 복합체IV는 전자를 O2에 전달합니다. 그러면 산소는 분해하여 2개의 산소 원자를 형성하고, 각각 2개의 양성자를 수용하여 물을 형성합니다.


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