시트르산 회로의 개요

시트르산 회로

 

탄수화물, 지방, 단백질 대사를 연결하는 주요 대사 경로이다. 시트르산 회로의 반응들은 아세틸-CoA 형태의 아세트산(C2)을 2 분자의 이산화탄소로 완전히 산화시키는 8가지 효소에 의해 수행된다. 탄수화물, 지방, 단백질의 이화 작용을 통해 생성된 아세틸-CoA가 시트르산 회로로 들어간다. 또한 시트르산 회로 1회전당 3 분자의 NADH, 1 분자의 FADH2, 기질 수준 인산화로 1 분자의 GTP(또는 ATP)가 생성된다. 시트르산 회로에 의해 생성된 NADH와 FADH2는 산화적 인산화에 의해 ATP를 생성하는 데 사용된다.

시트르산 화학 모식도

해당 과정을 통한 탄수화물의 분해로 생성된 피루브산은 아세틸-CoA의 주요 공급원들 중 하나이다. 다음 반응식에 따라 피루브산은 피루브산 탈수소 효소 복합체에 의해 산화적 탈카복실화되어 아세틸-CoA를 생성한다.

피루브산 + CoA + NAD+ → 아세틸-CoA + NADH + CO2

이 반응의 생성물인 아세틸-CoA는 시트르산 회로의 시작점이다. 또한 아세틸-CoA는 지방산의 산화로부터 얻을 수도 있다. 다음은 시트르산 회로에 대한 개략적인 설명이다.

*시트르산 회로는 아세틸-CoA로부터 2탄소 아세틸 기를 4탄 소 수용체 화합물(옥살 아세트산)과 축합 하여 6탄 소 화합물(시트르산)을 형성하는 것으로 시작한다.
*그런 다음 시트르산은 두 개의 카복시기를 CO2의 형태로 잃어버리는 일련의 화학적 변형을 거친다. 첫 번째 회전에서 CO2로 소실되는 탄소의 기원은 아세틸-CoA가 아닌 옥살 아세트산의 탄소이다. 아세틸-CoA의 탄소는 첫 번째 회전에서 CO2로 방출되지 않는다. 아세틸-CoA에 의해 공급된 탄소는 시트르산 회로의 첫 번째 회전 후에 옥살 아세트산의 탄소 골격의 일부가 된다. 아세틸-CoA가 공급한 탄소의 CO2의 형태로의 소실은 시트르산 회로의 여러 번의 회전을 필요로 한다. 그러나 시트르산 회로의 중간 생성물들은 다른 분자의 생합성을 위한 전구물질로도 사용되기 때문에 아세틸-CoA가 공급한 탄소가 소실되지 않을 수도 있다. [13]
*시트르산 회로의 산화 반응 단계에 의해 이용가능한 대부분의 에너지는 고에너지 전자의 형태로 NAD+로 전달되어 NADH를 생성한다. 시트르산 회로로 들어가는 아세틸기(아세틸-CoA의 형태로) 1분 자당 3 분자의 NADH가 생성된다.
*또한 석신산의 산화에 의해 전자는 석신산 탈수소효소의 보조 인자인 FAD로 전달되어 FADH2를 생성한다. FADH2의 고에너지 전자는 미토콘드리아 내막의 유비퀴논(Q)에 전달되어 유비퀴놀(QH2)로 환원된다. 유비퀴놀은 전자 전달계의 복합체 III의 기질이다.
*시트르산 회로에서 생성된 NADH 와 FADH2는 산화적 인산화를 통해 1 분자의 NADH에 의해 2.5 분자의 ATP가, 1 분자의 FADH2에 의해 1.5 분자의 ATP가 생성된다.
*각 회전이 끝나면 4탄소의 옥살 아세트산이 재생성되고, 시트르산 회로가 계속 돌아간다.