§2. 호흡작용

1. 호흡작용의 의의

광합성; 탄산가스 + 물 ----(광에너지 유입)------> 탄수화물 + 산소   (동화작용)

호흡;   탄산가스 + 물 <---(ATP 유출)--------- 탄수화물 + 산소    (이화작용)

- 호흡기질; 탄수화물, 지방, 단백질이 분해된 호흡의 대사물질

- 생산물; ATP, 중간대사물(다른 대사작용에 이용), 탄산가스, 물

- 모든 세포는 호흡을 하지 않으면 살 수 없음 - 생산된 ATP로 대사작용 유지

2. 에너지 조정물질(ATP) - high energy bond (p. 155)

- 구조; 아데닌 + 리보오스 + 3개 무기인산(Pi)    adenosine triphosphate

아데노신

- ATP---> ADP + Pi + 7.6 Kcal

- 유사한 high energy bonds; 상호 변환 가능

GTP(guanosine triphosphate); 셀룰로오스 합성

CTP(cytosine triphosphate);

UTP(uridine triphosphate); 자당, 전분, 펙틴 합성

3. 호흡작용의 기구

- 호흡작용의 주요과정(p. 156); 해당과정(glycolysis) + 크렙스회로(Kreb's cycle)

세포질(cytosol)         미토콘드리아

- 해당작용

․ 장소; 세포질

․ 물질변화; 포도당(glucose)-->-->--> 피루빈산(pyruvic acid)

․ ATP; 2개 소모, 4개 생산 ---> 2 ATP 생산

․ NADH; 2 NADH 생산; 미토콘드리아레서 4 ATP 생산 (2 ATP x 2) - 산소 있을 때

세포질에서 알콜, 젖산 발효에 이용됨         - 산소 없을 때

- Kreb's cycle,  cycle, TCA(tricarboxylic acid) cycle, citric acid cycle

․ ATP 생성; 4 NADH --> 3 x 4 = 12

1 FADH2 --> 2 x 1 =  2         모두 15개의 ATP 생성

1 ATP   -->           1 (동물은 GTP 생성)

그런데 6탄당인 포도당 1 분자는 2분자의 피루빈산을 생성하여 2개의 Kreb's 회로를

이루므로 모두 30개의 ATP 생성

※ 산소가 있을 때; 포도당 1 분자는 36개 ATP 생성

산소가 없을 때; 포도당 1 분자는  2개 ATP 생성- 과습으로 토양 산소 부족 시 에너지                     고갈 및 유해물질 생성으로 습해

※ 호흡열; 포도당 1 분자의 자유에너지; -2,870 kJ,

ATP 가수분해 때 에너지 -31.8 kJ(-7.6 kcal), -31.8 x 36 = -1,145 kJ

(-1,145/-2,870) x 100 = 40%, 60%는 호흡열로 발산됨

ATP 생성

- 미토콘드리아의 전자전달계와 ATP 생성

․ 산화적 인산화반응; ATP 생성

․ 복합체 I(NADH) 탈수소효소; 전자전달계는 NADH의 전자를 산소에 전달하고, NAD로

산화되어야 호흡이 계속됨 - proton 수송

전자전달계 - ATP 생성과정

5탄당인산회로(pentose phosphate pathway, PPP)

- 당은 80-95%는 glycolysis --> 크렙스회로를 통하여 분해되고 ATP, 중간대사물 생성

- 당의 5-20%는 5탄당인산회로를 통하여 분해; 탄산가스 방출되나 ATP생성 없음

- NADPH 생성; 지방산, isoprenoid 합성에 수소 공여, 엽록소 없는 조직에서 수소 전달체,    일부는 mitochondria에서 ATP 생성

- ribulose-5-P--> RuBP 생성; 잎이 녹화되기 전 Calvin Cycle의 중간대사물 공급

- ribose-5-P로 변하여 핵산(RNA) 생성

- erythrose-4-P; anthocyanin, lignin, flavonoids, phytoalexins 전구물질

4. 호흡작용 중간대사물과 다른 대사경로와의 관계

․ acetyl co-A; 지방 합성

․ α-ketoglutaric acid --> glutamic acid--> 엽록소

․ oxaloacetic acid --> aspartic acid

․ succinyl co-A --> cytochrome, phytochrome

5. 호흡계수(respiratory quotient, RQ)

- 호흡에서 소비하는 산소에 대한 발생된 탄산가스의 비율; CO2/O2

- 지방산의 산화; C18H20O2 + 26 O2 ---> 18 CO2 +18 H2O    RQ = 18/26 = 0.7

- 유기산의 산화; C4H6O5 + 3 O2 -----> 4 CO2 +3 H2O      RQ = 4/3 = 1.33

- 당의 산화;     C6H12O6 + 6 O2 -----> 6 CO2 +6 H2O     RQ = 6/6 = 1.00

- 호흡계수를 보고 호흡기질의 특성을 알 수 있다.

6. 발효(fermentation)와 무기호흡(anaerobic respiration)

- 산소를 이용하지 않고 유기물 분해하여 알코올, 젖산, 탄산가스 생성

- 알코올발효(alcohol fermentation); 피루빈산 탄산가스를 방출하고, acetaldehyde 생성

acetaldehyde가 NADH에 의해 환원되어 ethanol(ethyl alcohol) 생성 ---> yeast 이용      하여 양조업

- 젖산[乳酸]발효(lactic acid fermentation) ;NADH에 의해 환원하여 젖산 생성

․ 운동 시 산소 부족; 근육에 젖산 축적, 근육통  --> 간으로 이동--> 산소 존재하에

다시 피루빈산으로 산화

․사일리지, 김치, 요쿠르트는 산업화

알콜발효	젖산발효

- 식물의 습해

․ 뿌리에 산소 필요

․ 밭작물의 담수; 뿌리는 혐기성 호흡- ATP 부족, 알코올, 젖산의 과다 생성

․ 논작물의 담수; 지상부에서 산소 공급

호흡 조절

7. 호흡작용에 영향을 미치는 조건

- 산소농도; 약 5%까지는 산소농도가 낮을수록 호흡량 감소, 더 낮으면 증가 (p. 167)

- 온도; 온도가 높을수록 호흡량 증가, 40℃이상에서는 효소 불활성으로 점차 감소

- 온도계수(Q10); 온도 10℃ 상승할 때 반응속도, 논벼, 1.6-2.0

- 탄산가스 농도; 높을수록 호흡량 감소

- 수분; 종자는 수분함량 높을수록 증가

- 호흡억제제; cyanamide, azide, fluoride

- 호흡촉진제; ethylene - 성숙호르몬

- 호흡기질의 양;