호흡작용

  우리 지구의 생물은 크게 미생물, 동물, 식물로 나뉘며, 이들은 모두 세포로 이루어져 있다. 모든 생물은 살아가기 위해 호흡 작용을 하며, 이 과정은 생화학적으로 공통된 특징을 가지고 있다.

 

1. 에너지의 중요성

  모든 생물은 지속적인 에너지 공급이 필요하다. 생존은 새로운 세포를 생성하거나 기존 구조를 유지할 수 있는 상태를 의미하며, 이는 에너지를 필요로 한다. 생물은 일시적으로 저장된 에너지를 활용해 살 수 있지만, 결국 외부에서 에너지를 확보해야 한다. 녹색 식물은 광합성을 통해 직접 탄수화물을 합성하고 에너지로 사용하며, 동물은 식물이 만든 에너지를 먹이로 섭취한다. 에너지는 세포의 분열, 신장, 분화, 영양소 흡수, 탄수화물의 이동과 저장, 대사물질의 합성, 분해, 분배, 주기적 운동과 기공개폐, 세포질 유동 등에 관여한다.

 

2. 호흡과 에너지 생산

  호흡 작용은 세포 내의 작은 세포 소기관인 미토콘드리아에서 일어난다. 호흡은 기질, 즉 에너지를 포함한 물질을 산화시켜 에너지를 생성하는 과정이다. 에너지는 화학 에너지로 변환되어 저장되었다가 에너지가 필요한 대사 과정에서 사용된다. 모든 유기물은 에너지를 포함하고 있으며, 호흡에서 효과적으로 사용되는 기본 물질은 포도당이다. 포도당의 완전한 산화는 이산화탄소로 분해되며, 생성된 전자와 수소는 산소를 이용해 물로 환원된다. 이 저장된 에너지는 나중에 에너지가 필요한 과정에서 ATP로 변환되어 사용된다.

 

3. 호흡 작용의 메커니즘

  호흡은 생화학적인 산화-환원 반응의 연속으로 설명할 수 있다. 기질인 탄수화물은 산화되어 이산화탄소로 변하며, 흡수된 산소는 물로 환원된다. 호흡 작용은 여러 효소와 관련된 다단계 반응으로 이루어져 있으며, 광합성의 역 반응으로 생각할 수 있다.

  호흡 작용은 일반적으로 세 단계로 나눌 수 있으며, 각각은 다양한 화합물을 생산하고 에너지를 공급하는 역할을 합니다. 첫 단계인 해당작용은 포도당이 피루부산으로 분해되는 과정이며, 세포기질에서 일어난다. 두 번째 단계는 크레브스 회로는 아세틸CoA가 이산화탄소를 발생시키고 NADH를 생산하는 단계이며(이 과정을 TCA 회로 혹은 CAC라고도 함), 세 번째 단계인 전자전달계는 NADH로 전달된 전자와 수소가 최종적으로 산소에 전달되어 물로 환원되면서 추가로 효율적으로 ATP를 생산하는 과정이다. 이때 산소가 소모되기 때문에 호기성 호흡이라고도 한다. 두 단계는 미토콘드리아에서 진행됩니다.

 

 

출처 : 수목생리학(서울대학교 출판문화원)