해당과정의 경로는 모두 밝혀지는데 100년이 걸렸다

해당과정은 검증까지 100년

 

오늘날 알려져 있는 해당 과정의 경로는 완전히 밝혀지기까지 거의 100년이 걸렸다. 전체적인 해당 과정의 경로를 밝히기 위해서 수없이 많은 실험들과 각각의 결론들이 합쳐진 결과물이 필요했다.

해당과정을 이해하기 위한 첫걸음은 19세기에 와인 산업에서 시작되었다. 경제적인 이유로 프랑스의 와인 업계는 왜 발효 과정에서 에탄올이 제대로 생성되지 않고 와인이 종종 맛없게 변질되는지를 조사하고자 했다. 프랑스의 과학자 루이 파스퇴르는 1850년대에 이 문제를 연구했으며, 파스퇴르의 연구 결과들은 해당 과정을 밝혀내는 대장정의 시작이었다. 파스퇴르의 실험은 발효가 살아있는 미생물의 작용에 의해 일어난다는 것을 보여주었다. 발효 시 혐기성 조건에 비해 호기성 조건에서 효모의 포도당 소비가 감소한다는 사실을 발견했다(파스퇴르 효과).

파스퇴르의 실험은 획기적이었지만, 해당과정의 구성 단계들에 대한 이해는 1890년대에 에두아르트 부흐너의 비세포 발효 실험을 통해 제공되었다. 부흐너는 생명이 없는 효모 추출액(추출액 속에 들어있는 효소의 작용을 통해)을 이용해서 포도당을 에탄올로 전환시키는 것이 가능하다는 것을 입증했다. 이 실험은 생화학에 혁명을 일으켰을 뿐만 아니라, 이후의 과학자들이 보다 통제된 실험실 환경에서 해당 과정을 분석할 수 있도록 해주었다. 일련의 실험들(1905년~1911년)에서 아서 하든과 윌리엄 영은 해당 과정의 보다 많은 부분들을 밝혀냈다. 그들은 알코올 발효에서 포도당 소비에 대한 ATP의 조절 효과를 발견했다. 또한 해당 과정의 중간 생성물인 과당 1,6-이중 인산의 역할을 밝혀냈다. 

과당 1,6-이중인산에 대한 설명은 효모 추출액을 포도당과 함께 배양했을 때 CO2 생성량을 측정함으로써 이루어졌다. CO2 생성량은 급격히 증가한 후 점차 느리게 감소하였다. 하든과 영은 무기 인산(Pi)이 혼합물에 첨가되면 이 과정이 재개된다는 것에 주목했다. 하든과 영은 이러한 과정이 유기인산 에스터(에스테르)를 생성하고, 추후 실험을 통해 과당 1,6-이중 인산을 추출할 수 있을 것이라고 추측했다.

아서 하든과 윌리엄 영은 닉 셰퍼드와 함께 실시한 두 번째 실험에서 발효를 진행시키기 위해서 열에 민감한 고분자량의 부분(효소의 단백질 부분)과 열에 민감하지 않은 저분자량의 부분(ADP, ATP, NAD+ 및 다른 보조 인자들)이 함께 필요하다는 것을 밝혀냈다. 이 실험은 투석된(정제된) 효모 추출액으로 발효시킬 수 없거나 당인산을 생성할 수 없음을 관찰함으로써 이루어졌다. 끓인 후 투석시키지 않은 효모 추출액과 투석된 효모 추출액을 섞은 혼합물은 발효를 시킬 수 있었다. 효모 추출액을 끓이면 단백질이 변성되므로 단백질이 활성을 잃어버린다. 끓인 효모 추출액과 투석된 효모 추출액의 혼합물이 발효를 시킬 수 있다는 것은 보조 인자가 비단백질이라는 것을 암시한다.

1920년대에 오토 마이어호프는 부흐너, 하덴, 영이 발견한 해당과정의 부분적인 과정들을 서로 연결시켰다. 마이어호프와 그의 연구팀은 근육 조직으로부터 해당 과정의 효소들을 추출하여 인위적으로 글리코젠에서 젖산까지 생성하는 경로를 만들었다. 

마이어호프와 르네이트 주노비츠 코콜라 티(Renate Junowicz-Kockolaty)는 과당 1,6-이중 인산이 2개의 삼탄당 인산으로 분해되는 반응을 연구했다. 이전의 연구는 1,3-다이 포스포글리세르알데하이드와 산화효소와 보조 인자들을 통해 분열이 일어난다고 제안되었었다. 마이어호프와 주노 비츠는 알도스와 이성질화 효소 반응의 평형 상수가 무기 인산이나 다른 보조 인자 또는 산화효소에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 발견했다. 이들은 해당 과정의 가능한 중간 생성물에서 1,3-다이 포스포글리세르알데하이드를 제외했다.

1930년대에 구스타프 엠덴은 우리가 현재 해당과정으로 알고 있는 대사 경로의 상세한 단계별 개요를 제안했다. 해당 과정의 복잡성을 결정하는데 가장 큰 어려움은 빠른 분해 반응, 해당 과정 중간 생성물의 매우 짧은 수명과 낮은 정상 상태 농도에 있었다. 1940년대에 이르러서 마이어호프, 엠덴, 및 다른 많은 생화학자들은 마침내 해당 과정의 퍼즐을 완성했다. 해당 과정에 대한 이해는 다음 수십 년 동안 확장되었고, 해당 과정 조절에 대한 보다 세부적인 내용들과 다른 대사 경로들과의 통합에 대한 내용들을 포함하게 되었다.