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제 개인적인 의견으로는
가장 중요한 단 하나의 생화학적 반응은
특히 우리에게는, 세포호흡이라고 생각합니다.
그리고 제가 이렇게 생각하는 이유는
바로 이것이 우리가 먹는 것으로부터 에너지를 얻는 방법이기 때문입니다.
더 자세하게 말하자면, 글루코오스로부터요.
하루가 끝날 때 쯤에는 우리가 먹은 대부분의 것들이
혹은 최소한 탄수화물들은 글루코오스가 되어있습니다.
다음 강의들에서 저는 어떻게 우리가
지방이나 단백질으로부터 에너지를 얻는지에 대해 이야기할거에요.
그러나 세포호흡은요, 글루코오스로부터
에너지와 다른 부산물들을 우리에게 줍니다.
그리고 이것에 대해서 더 자세히 말하자면,
제가 여기에 반응식을 써보도록 할게요.
그래서 글루코오스의 화학식은,
6개의 탄소와 12개의 수소, 그리고 6개의 산소로 이루어져 있습니다.
바로 이것이 글루코오스이죠.
그래서 만약 당신이 1몰의 글루코오스를 가지고 있다면, 잠깐 적어볼게요.
여기 이것이 바로 글루코오스이구요,
아무튼 이 1몰의 글루코오스에 대해서,
만약 당신이 6몰의 산소 분자를 가지고 있다면
(물론 세포 근처에요,) 그렇다면
이것이 바로 굉장히 간단하게 세포호흡을 나타낸 것입니다.
제 생각에는 당신이
다음 여러 강의들에 걸쳐 들으면서
이 메커니즘을 점점 이해하게 될 수 있을 것 같아요.
그렇지만 제 생각에는 처음에 큰 그림을 그리는 것도 나쁘지 않을 것 같아요,
만약 당신이 제게 글루코오스를 준다면, 1몰의 글루코오스가 있다면
그리고 6몰의 산소가 있다면, 세포호흡이라는 이 과정을 통해서
지금 저는 그냥 이 화면을 커다란 검은 박스처럼 쓰고 있어요,
예쁜 색깔을 골라보죠
그래서 이것이 바로 '세포 호흡'입니다.
우리가 알아보고자 하는 것들이 상당히 포합되어 있죠.
그러나 만약 당신이 특정한 것에 대해 알고 싶다면
그 어떤 것이라도 될 수 있죠
세포 호흡이라는 이 과정을 통해서
우리는 6몰의 이산화탄소와
6몰의 물을 생산하려고 합니다.
그리고 -이건 굉장히 중요한 부분인데요,
우리는 에너지를 생산할 것입니다.
우리는, 에너지를 생산할 거에요.
그리고 이 에너지는 굉장히 유용한 일에 쓰일 수 있는데요,
우리의 몸을 적정 수준의 온도로 유지하거나
우리의 뇌에 전기 자극을 주기도 하죠.
어디에 쓰이는 것이든, 특히 우리 인간의 몸은,
아니 비단 인간 뿐만이 아니긴 하지만요,
아무튼 이 세포 호흡 과정이 매우 필요합니다.
그리고 만약 당신이 에너지라고 말한다면, 당신은 "이봐요 살,"
""저번 강의에서 당신은"
(만약에 그것이 당신이 본 마지막 강의였다면요)
당신은 제가 이렇게 말하는 것을 보았을 겁니다.
"ATP는 생물학적 시스템들에서 통용되는 동력 자원이다"
그렇다면 당신은 이렇게 말할 수도 있을거에요. "저기요, 그런데 여기에서는 말이죠"
"글루코오스가 통용되는 동력 자원인 것 같이 보이는데요"
그리고 어떤 측면에서 본다면,
두개의 답이 모두 정답이 될 수 있습니다.
그러나 어떤 것이 더
세포호흡의 과정에 더 잘 부합하느냐는 문제에 대해서는
글루코오스는 에너지를 직접적으로 생산하기는 하지만
그 에너지는 ATP를 생산하는데에 사용됩니다.
그래서 만약 제가 바로 여기에서
세포호흡의 에너지 비중을 나누어본다면
이 중 일부분은 그냥 열일 것입니다.
알잖아요, 단순히 세포의 온도를 높이는 데에 쓰이는 열이요.
그리고 일부분은 이런 곳에 쓰였을 거에요.
-그리고 이것은 바로 교과서들이 여러분에게 전달하는 내용일 것입니다.
교과서들은 이 과정이 38개의 ATP를 생산한다고 말할거에요.
이 ATP들은 세포들이 근육들을 수축시키거나
신경 자극을 발생시켜 무엇인가를 하거나
성장, 분열, 혹은 세포가 해야 하는 어떠한 일이든지를 하는 데에 쓰일거에요.
그래서 실제로, 세포호흡은
에너지를 생산한다고 말하기에는 약간 부족합니다.
실제로는 글루코오스를 ATP로 전환하면서
열이 부산물로 나오는 과정이라고 할 수 있겠죠.
그런데 사실 이 열들은 주변에 있는 것이 좋을거에요.
왜냐하면 세포가 제대로 기능을 하기 위해서는
적정 수준의 온도가 유지되어야 하거든요.
그래서 전체적인 포인트는 바로 글루코오스로부터,
1몰의 글루코오스로부터
-그리고 교과서들은 말하죠-
38 ATP를 생산하는 것입니다.
그리고 실제로는요, 38 ATP를 생산하는 것은
굉장히 이상적인 일이에요.
제가 이 강의를 시작하기 전에 책을 좀 읽었는데요,
사실은 각각의 세포가
자신이 세포호흡을 진행하는 데에 있어서의 효율에 따라서
29에서 30 ATP정도를 생산할 수도 있습니다.
그러나 여기에서 큰 차이가 생기는데요
그래서 사람들은 아직도 이러한 현상에 대해서 연구하고 있습니다.
아무튼 이것이 바로 세포호흡이라는 거죠.
다음 강의에서 우리는
세포호흡을 세부적으로 나누어서 살펴볼 건데요
그리고 저는 지금 이 구성 성분들에 대해서 소개하려고 해요
그냥, 이것들이 바로 세포호흡의 단계다 라는 것을 알려주기 위해서요.
첫 번째 단계는 바로 Glycolysis(해당과정)입니다.
말 그대로 글루코오스를 분해하는 과정이죠.
그리고여러분들도 알고 있듯이, 'gylco'라는 이 부분은 글루코오스를 뜻하는 것이고
'lysis'는 분해한다는 뜻입니다.
만약 당신이 'hydrolysis(가수분해)'라는 단어를 본다면
그것은 바로 어떤 분자를 분해(lysis)하는 데에 물(hydro)을 사용한다는 것입니다
그래서 해당과정은 우리가 글루코오스를 분해하겠다는 의미인 것이죠.
그리고 만약 당신이 어원같은 것들을 신경쓴다면
glucose(글루코오스)의 어원에서 'glu'부분은
그리스어로 '달다'라는 뜻의 단어에서 유래되었습니다.
따라서 글루코오스는 달죠.
그리고 모든 설탕의 이름들은, 모두 -ose로 끝나죠
그것이 바로 설탕이라는 뜻입니다.
그렇다면 당신은 이것을 이러한 의미로 해석할 수 있습니다.
'단 설탕' 이라고요.
그러나 설탕 중에는 달지 않은 것들도 있습니다.
예를 들어, 젖당이나 우유같은 것들은
물론 조금은 그럴수도 있지만, 당신이 실제로
젖당을 소화시키면 실질적인 '단 설탕'으로 바꿀 수 있습니다.
그러나 글루코오스나 과당처럼
혹은 자당처럼 단맛이 나지는 않습니다.
아무튼 그래요.
그러나 세포호흡의 첫번째 단계는 해당과정이고요,
그것은 바로 글루코오슬르 분해하는 것입니다.
이것은 글루코오스 분자를
6탄당에서 분해해
-그러니까 말 그대로 6개의 탄소로부터-
-이것을 이렇게 한 번 그려볼게요.
-6탄당은 이렇게 생겼습니다.
실제적으로는 고리 구조이죠.
글루코오스가 실제로 어떻게 생겼는지 보여줄게요.
이것이 바로 글루코오스입니다.
그리고 눈치채셨겠지만 한개, 두개, 세개,
네개, 다섯개, 여섯개의 탄소가 있습니다.
이 그림은 위키피디아에서 가져왔어요,
그냥 'glucose'라고만 쳐도 이 그림을 볼 수 있고
또 여러 정보들도 얻을 수 있어요.
아무튼 6개의 탄소가 있다는 것을 볼 수 있고, 6개의 산소,
하나, 둘, 셋, 넷, 다섯, 여섯개죠.
그리고 이 작은 파란 것들은
바로 저의 수소들입니다.
그래서 바로 저것이 실제 글루코오스의 모습입니다.
그러나 해당과정의 과정은,
저는 지금 이것을 직선 구조로 쓰고 있지만
사실은 체인 구조라고 상상하면서 들어주세요
산소와 수소가 여기에 붙어있다고요
각각의 탄소들에게 말이에요.
우리는 이것을 탄소 골격이 있다고 말합니다.
그리고 이 과정은 이 탄소 골격을 두 개로 나누어 버리죠
이것이 바로 해당과정의 의미입니다. 바로 이 과정이요.
그래서 당신은 글루코오스를 분해했습니다.
그리고 이 각각의 것들은요,
제가 이 분자에 붙어있는 모든 다른
원자들은 그리지 않았는데요
그래도 사실 알잖아요, 여러 가지 것들이 다른 것들과 서로 결합을 형성하고 있다는 걸요
산소나 수소나 이런 것들이요.
각각의 3탄소 골격 분자들은
피루브산이라고 불립니다.
이것에 대해 조금 더 자세하게 다루도록 할거에요.
그러나 해당과정은, 그 자체로
2개의 ATP가 필요합니다.
그리고 4개의 ATP를 생산해내죠.
그래서 알짜적인 관점에서 본다면, 이 과정은 총 두개의
--아 다른 색깔로 쓰도록 할게요.
-- 이것은 두개의 알짜 ATP를 생산해냅니다.
이것이 바로 첫번째 단계입니다.
그리고 이것은 산소가 없는 상황에서도 온전히 일어날 수 있습니다.
제가 해당과정에 대해서는 한 강의에 걸쳐서 설명드릴게요.
그리고 나서 이 부산물들이,
조금 다른 형태로 바뀌게 되는데요.
그리고 나서 크레브스 회로라고 불리는 상태에 들어가게 됩니다.
이 과정은 두 개의 ATP를 생산해내죠.
그리고 나서, 어떻게 보면 굉장히 흥미로운 과정인데요
크레브스 회로를 지나고 나서 거치는
다른 과정이 하나 더 있습니다.
그러나 우리는 지금 세포 수준에 와 있고 모든 것들은 동시다발적으로
언제나 진행되고 있어요.
아무튼 보편적인 관점에서 이것은 해당과정과
크레브스 회로 다음이라고 생각되어지고 있습니다.
그리고 이 과정은 산소를 필요로 하죠.
다시 한 번 정리를 할게요. 해당과정, 이게 바로 첫번째 단계고요
산소를 필요로 하지 않습니다.
산소가 없어도 된다고요.
이것은 산소가 있는 상황이던 없는 상황이던 언제나 일어날 수 있습니다.
산소가 필요하지 않아요!
혹은 당신은 이러한 과정을 무산소성 과정이라고 부를 수도 있습니다.
이것은 세포호흡 중 무산소성 부분이에요.
적어놓을게요, 무산소성.
아. 여기에다가 적으면 되겠네요.
해당과정, 산소가 필요하지 않기 때문에
무산소성이라고 말할 수 있다.
유산소 운동이라는 개념에 친숙하실 거에요.
유산소 운동의 전체적인 아이디어는 바로
당신이 숨을 거칠게 쉬게 하는 건데요
왜냐하면 당신은 유산소 운동을 하기 위해서 굉장히 많은 양의 산소가 필요하기 때문이죠.
그래서 무산소성이라는 것은 당신이 산소를 필요로 하지 않는다는 뜻입니다.
유산소성은 산소가 필요하다는 뜻이고요
무산소성은 그 반대의 의미가 됩니다.
산소가 불필요하다!
그래서 해댱과정은 무산소성입니다.
그리고 알짜로 두 개의 ATP를 생산해냅니다.
그리고 나서 크레브스 회로에 진입하게 되고,
여기에서 또 몇 가지의 준비가 필요합니다.
더 자세한 것은 나중에 다루기로 하고요,
아무튼 크레브스 회로에 들어갔는데요, 이 과정은 유산소성입니다.
유산소성이에요.
주변에 산소가 있어야만 진행이 가능합니다.
그리고 이 과정은 두 개의 ATP를 생산합니다.
그리고 이것이 바로 제가 이 개념을 처음 배웠을 때
가장 헷갈리게 했던 부분입니다.
순서대로 써보도록 할게요.
전통적으로 쓰여왔던 순서대로요.
그렇다면 이 이후에는
--오, 너무 같은 색을 계속해서 쓰고 있네요
-- 전자전달계라고 불리는
과정이 있습니다.
그리고 이 과정은
굉장히 많은 ATP 덩어리들을 생산해냅니다.
34개의 ATP들을요.
그리고 이 과정 또한 유산소성입니다.
산소가 필요하다는 뜻이죠, 그래서 지금 보고 있듯이,
만약 주변에 산소가 없다면,
만약 세포가 충분한 양의 산소를 공급받고 있지 못하다면
이 세포는 아주 적은 양의 에너지밖에 생산해낼 수 없는 것입니다.
그러나 산소가 있는 상황만큼 당신이
많은 양의 에너지를 생산해낼 수 있는 조건은 없습니다.
그리고 실제로 만약 세포에게 산소가 부족해지기 시작하면
이 과정들을 더 이상 앞으로 나아갈 수 없고, 따라서
해당과정의 부산물들 중 일부는
크레브스 회로로 진입해서
전자전달계로 가는 과정
유산소 과정인 이 과정 대신에
발효라는 다른 과정에 진입하게 됩니다.
어떤 생물종에 한해서는, 이 발효과정이
해당과정의 부산물들을 가져가
알코올을 형성합니다.
이것이 바로 알코올이 형성되는 과정이죠.
바로 알코올 발효입니다.
그리고 우리 인간들은 다행인지 불행인지 모르겠으나
우리의 근육들은 직접적으로 알코올을 생성하지 않습니다.
젖산을 생산하죠.
그래서 우리는 젖산 발효를 합니다.
적어볼게요.
젖산.
이것은 인간과 다른 포유류에게 해당됩니다.
그러나 이스트와 같이 다른 종들은 알코올 발효를 합니다.
그래서 이 과정은 산소가 필요하지 않습니다.
사실은 이 젖산이
만약 내가 굉장히 힘들게 일을 하는데 적정 수준의 산소를 생산하지 못할 경우
내 근육들은 통증을 느끼기 시작합니다.
바로 이 젖산이 쌓이기 때문이죠
이건 그냥 부차적인 일입니다.
만약 산소가 있다면 크레브스 회로로 넘어갈 수 있을 것이고요,
따라서 두 개의 ATP를 얻고, 이후 전자전달계로 넘어가
34개의 ATP를 생산하며, 이 생산물들은 세포호흡에서
굉장히 큰 비중을 차지하죠.
약간 사이드 이야기를 해보면
어떤 관점에서는 이것은 공평하지 않습니다.
왜냐하면 얘네들(해당과정과 크레브스 회로)이 돌아가는 동안
다른 분자들도 만들어내고 있거든요
이들은 그것을 전체적으로 다 생산하는 건 아니고요
이들이 하는 것은, 음..
--여기에서 조금 복잡해지기 시작하죠
그러나 이 코스 전반적으로 다음 몇 개의 강의에 걸쳐
우리는 이것에 대한 직관을 가질 것입니다.--
이 두개의 반응들에서
즉 해당과정과 크레브스 회로에서,
우리는 계속해서 ***를 가져다가
--***+라고 적을게요
-_ 여기에 수소를 더해 NADH를 만듭니다
그리고 이것은 1몰의 글루코오스에 대해
10개의 ***에게 일어닙니다.
조금 다르게 표현하면 10개의 ***+들이 NADH가 되는거죠.
그리고 이들은 실제로 전자전달계를 진행하는 물질입니다.
그리고 나는 이것과 이것이 어떻게 일어나는지에 대해 더 이야기할거에요.
그리고 왜 에너지가 생산되는지.
그리고 어떻게 이것이 산화 반응인지 등등이요.
그리고 어떤 물질이 산화되고 어떤 것이 환원되는지도요.
그냥 전체적인 것에 대해 정리하면,
이것들은 각각의 단계에서 단순히
두개의 ATP만을 생산하는 것이 아니라
10개의 NADH를 생산하고,
이것들은 이상적인 상황에서 세 개의 ATP를 생성시킵니다.
바로 전자전달계에서요.
그리고 이러한 작용들이 다른 분자에도 일어나는데
FAD가 그 비슷한 예죠.
이들은 FADH를 생성합니다
저도 알아요, 이 과정들이 굉장히 복잡하다는 것을요.
조만간 이것과 관련된 강의들을 만들게요.
그러나 기억해야 할 중요한 것들은 바로 세포호흡은
글루코오스를 가져다가 그 안에 있는 에너지를
어떤 형태로 바꾸냐면
교과서들이 알려주겠지만 38ATP로 바꾸는 것입니다.
만약 당신이 시험을 친다면, 38은 쓰기 좋은 숫자에요.
그러나 실제 상황에서는 이것보다 더 적은 숫자가 나오는데
왜냐하면 열을 생산하기 때문입니다.
사실 대부분은 열을 생산하는 데에 사용되죠.
38ATP들은 세 단계의 과정을 통해 생성되는데
첫 번째 과정은 해당과정이고
이것은 그냥 글루코오스를 둘로 나누는 것입니다.
조금의 ATP를 생산하죠.
그러나 더 중요한 것은,
약간의 NADH를 생산하는데
이것이 이후 전자전달계에서 사용될 거라는 거죠.
해당과정의 부산물들은 크레브스 회로에서 더욱 분해되는데요
이는 직접적으로 2개의 ATP를 생산해냅니다.
그러나 훨씬 많은 NADH를 생성시키죠.
그리고 이 많은 NADH들은 전자전달계에서
통용되는 동력 자원인
34ATP를 생산합니다.