1. 개요
전자전달계( 電 子 傳 達 系, electron transport chain 또는 ETC)는 해당과정이나 TCA 회로 등의 과정을 통해 생성된 H+를 미토콘드리아 막간 공간[1]에 전달하여 H+의 농도차를 만드는 체계를 말한다. 이 과정에서 산화적 인산화가 진행되어 ATP가 (재)생성된다.[2]
2. 작동 과정
위는 전자전달계의 작동과정.
미토콘드리아의 내측막과 외측막 사이의 막간공간에 H+를 전달해 미토콘드리아 내부와 외부의 H+ 농도차를 만들기 위한 과정. 하술할 로터를 돌리기 위해 작동된다.
단백질 복합체 4개와 Q 단백질, 사이토크롬 C로 이루어져 있다.
1번 단백질 복합체는 NADH를 NAD+,H+로 쪼개고 막간 공간에 H+ 4개를 전달하고, 6kcal를 사용해 Q 단백질로 전달한다. 반면 2번 단백질 복합체는 FADH2를 Q 단백질에 전달한다. Q 단백질은 2~3kcal를 사용해 3번 단백질 복합체에 전달하며, 3번 단백질 복합체는 H+ 4개를 막간 공간으로 전달한다. 3번 단백질 복합체는 5kcal를 사용해 사이토크롬 c를 거쳐 4번 단백질로 전달하며, 4번 단백질이 H+ 2개를 막간 공간으로 전달한다. 마지막으로, 10kcal를 사용해 물을 하나 만든다.
기능적으로 연구결과에서 1번 단백질 개시경로(1-3-4)는 2번 단백질 개시경로(2-3-4) 이전에 다루어진다.
이러한 전자전달계가 양성자 기울기를 형성해서 에너지원으로 작용한다는 삼투압농도가설(Chemiosmotic Hypothesis\[직역\]화학삼투 가설)은 1961년 피터 미첼(Peter D. Mitchell)이 주요하게 제안한바로부터 구체화되었다. [3] 피터 데니스 미첼은 1978년 이러한 공로로 노벨상(화학)을 수상한바있다.
3. 로터
미토콘드리아 에너지 생성과정의 마지막 단계. 막간 공간에 떠다니는 H+(수소 양성자)을 잡아 단백질에 붙여놓고 1바퀴 돌 때마다 전자를 떼고 생긴 에너지로 인산을 붙여 ADP를 ATP로 만든다. 전자전달계와는 다른 단계긴 하나 전자전달계 자체는 ATP를 생성하지 못하며 이 과정을 통해 ATP를 생성하기 때문. 전자전달계의 목적이기도 하다.이때문에 5번째 단계로 곧잘 언급되며 5번 단백질(complex V)또는 ATP생성(결합)단백질(ATP synthase)로 불리운다. H+ 3개로 ATP 1개를 만들기 때문에 포도당 1개로 만들 수 있는 ATP 32개 중 대부분을 로터가 생성한다. 최고속도는 초당 200회.
여기서 5번 단백질을 특히 로터(rotor)라고 부르는 이유는 5번 단백질의 작용이 실제로 물리적으로 회전촉매(rotational catalysis)의 회전(rotor) 기능을 하기때문이다.
4. 양성자 그리고 물
따라서 미토콘드리아 내막(inner-membrane)에서 작동하는 전자전달계의 주요한 맥락(context)은 내막의 안쪽 기질(matrix)을 물(H2O)로 그리고 내막의 바깥쪽 막간공간(inter-membrane space)을 양성자(H+)로 채움으로써 내막의 안팎에 농도차를 형성하는 양성자 구배(proton gradient)의 작동원리라고 이해해볼수있다. 물(H2O)분자 1개 생성할때 수소이온인 양성자10개이상을 막간공간에 집어넣는 효율적인 비율을 보여주는 이러한 pH농도적이고 전기전하적인 전기화학적 수소이온 농도기울기는 생영체가 갖는 전략적 측면의 예시를 잘 보여준다.따라서 미토콘드리아에 기반하는 모든 생명체는 수소(H)에너지를 사용하며 산소(O)는 단지 탄소(C)골격의 해체를 위한 청소부이자 농도기울기의 필수불가결한 부산물의 매개체로서 중요할뿐이다.
5. 관련 문서
[1]
미토콘드리아 외층막과 내층막 사이.
[2]
Why Are Cells Powered by Proton Gradients? By: Nick Lane, Ph.D. (Research Department of Genetics, Evolution and Environment, University College London ) © 2010 Nature Education Citation: Lane, N. (2010) Why Are Cells Powered by Proton Gradients? Nature Education 3(9):18
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[3]
Published: 08 July 1961 ,Coupling of Phosphorylation to Electron and Hydrogen Transfer by a Chemi-Osmotic type of Mechanism ,PETER MITCHELL ,Nature volume 191, pages144–148 (1961)
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