TCA 회로 정의

시트르산 회로(영어: citric acid cycle)

TCA 회로(영어: tricarboxylic acid (TCA) cycle) 또는 크렙스 회로(영어: Krebs cycle)라고 불린다.

세포 호흡의 중간 과정 중 하나로 산소 호흡을 하는 생물에서 탄수화물, 지방, 단백질, 같은 호흡 기질을 분해해서 얻은 아세틸-CoA를 CO2로 산화시키는 과정에서 방출되는 에너지를 ATP(또는 GTP)에 일부 저장하고, 나머지 에너지를 NADH + H+, FADH2에 저장하는 일련의 화학반응이다. 생성된 NADH + H+, FADH2는 전자 전달계로 전달되어 산화적 인산화로 ATP를 생성하는 데 사용된다. 시트르산 회로에서 최초로 생성되는 화합물을 정확하게 모르던 시절에 이 화합물이 3개의 카복실기를 가지고 있어서 트라이카복실산 회로(tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)라고 불렸다. 후에 이 트라이카복실산이 시트르산(구연산)이라는 것이 밝혀져서 시트르산 회로로 명명되었고, 발견자인 한스 크렙스의 이름을 따서 크렙스 회로라고도 불린다. 현재 대한민국의 고등학교 생명과학 II 교과서에서는 TCA 회로라고 표기되고 있지만, 대학교의 생명과학 개론서, 생화학 교재, 해외 원서에서는 시트르산 회로로 표기하는 경우가 더 많아서 이 문서에서도 시트르산 회로로 표기하도록 한다. 시트르산 회로는 다른 생화학 반응에서 사용되는 환원제인 NADH, 아미노산 전구체의 공급원이기도 하다. 많은 생화학적 경로에 대해서 시트르산 회로가 가지는 중요성은 시트르산 회로가 생물에서 가장 먼저 확립된 물질대사 체계 중 하나임을 시사한다.

 

시트르산 회로

시트르산 회로의 최초 반응은 아세틸-CoA와 옥살아세트산의 축합 반응에 의해 시트르산이 생성되는 것으로 최초 생성물의 이름을 따서 시트르산 회로로 명명되었다. 여기서 시트르산은 citric acid의 이온화 형태인 citrate로 생물체 내의 pH[5]에서는 이온화된 형태가 우세하다. 여기서 논의되는 다른 ~산들도 생물체 내에서 ~ic acid(-COOH)가 아닌 ~ate(-COO−)의 형태로 주로 존재한다. 시트르산 회로는 아세트산(아세틸-CoA의 아세틸기 부분) 및 물을 소비해서 NAD+를 NADH로 환원시키고 부산물로 이산화탄소를 생성한다. 시트르산 회로에 의해 생성된 NADH는 산화적 인산화 경로로 공급된다. 시트르산 회로와 산화적 인산화를 통해 영양소를 산화시켜 ATP 형태의 사용 가능한 화학 에너지를 생성한다.

진핵생물에서 시트르산 회로는 미토콘드리아 내부의 기질에서 일어나고, 원핵생물에서 시트르산 회로는 세포질에서 일어난다.

TCA 회로의 발견

시트르산 회로의 여러 구성 요소와 반응들은 센트죄르지 얼베르트의 연구에 의해 1930년대에 밝혀졌다. 센트죄르지 얼베르트는 시트르산 회로의 주요 구성 요소인 푸마르산에 관한 발견으로 1937년에 노벨 생리의학상을 수상했다. 센트죄르지는 비둘기 가슴 근육을 이용해서 이러한 발견을 하였다. 비둘기의 가슴 근육 조직은 분쇄기에서 분해되어 수용액에 두어도 산화 능력을 잘 유지하기 때문에 산화반응 연구에 매우 적합하다. 시트르산 회로 전체는 셰필드 대학교의 한스 아돌프 크렙스와 윌리엄 아서 존슨에 의해 1937년에 마침내 확인되었고, 이 공로로 1953년에 노벨 생리의학상을 수상했다. 시트르산 회로는 발견자인 한스 아돌프 크렙스의 이름을 따서 크렙스 회로라고도 불린다.