해당과정 10단계

1. 포도당의 활성화
포도당(Glucose) → Glucose 6-Phosphate(G6P)

헥소키나아제(Hexokinase, HK)와 ATP의 소모를 통하여 육각형의 링모양 포도당의 6번 탄소에 인산기가 붙는다(인산화).


2. 과당으로 구조변환 (과당은 포도당보다 반응성이 크다.)
G6P → Fructose 6-Phosphate(F6P)

인산포도당이성화효소(Phosphoglucose isomerase, PGI)를 통하여 G6P가 F6P로 전환된다.

이성화효소(isomerase)란 이성질화를 촉매하는 효소를 말한다. 이성질화란 화학식은 같으나 구조가 다른 이성질체로 변환되는 것을 말한다.

즉, 포도당이 화학식은 같으나 구조가 다른 과당으로 변하는 과정이다.


3. 과당의 활성화
F6P → Fructose 1,6-Bisphosphate(F1,6BP)

포스포프룩토키나아제(Phosphofructokinase, PEK)와 ATP의 소모를 통하여 F6P에 인산기가 붙는다(인산화).


4. 탄소사슬 절단
F1,6BP ↔ Dihydroxyacetone phosphate(DHAP), Glyceraldehyde 3-phosphate(GA3P)

알도라제(Aldolase)를 통하여 F1,6-BP의 탄소사슬 3, 4 사이가 쪼개진다.

* DHAP와 GA3P는 이성질체로 서로 빠른 전환이 가능하다.


5. GA3P로의 전환
phosphate(DHAP) ↔ Glyceraldehyde 3-phosphate(GA3P)

트라이오스인산이성질화효소(Triose phosphate Isomerase, TPI)를 통해 DHAP와 GA3P가 빠르게 상호전환한다.

해당과정은 GA3P경로를 이용하기 때문에 모두 GA3P로 전환되어 사용된다.


6. GA3P의 산화, NAD⁺의 환원 (NAD⁺는 고에너지전자운반체이다.)
GA3P ↔ 1,3 Bisphosphoglycerate(1,3BPG)

글리세르알데하이드 3-인산 탈수소효소(Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase, GAPDH)와 NAD⁺와 무기인산(Inorganic phosphate, Pi)에 의해 GA3P가 산화되어 1,3BPG가 되고 NADH와 H⁺가 만들어진다.

* NAD⁺는 산화제로서, 반응물(GA3P)를 산화시키고 본인은 NADH로 환원된다.


7. 1,3BPG의 환원, ADP의 산화
1,3BPG ↔ 3-Phosphoglycerate(3PG)

포스포글리세르산인산화효소(Phosphoglycerate kinase, PGK)와 H⁺를 통해 1,3BPG는 3PG가 되고, ADP는 ATP가 된다.

1개의 포도당이 2개의 1,3BPG가 되기 때문에 총 2개의 ATP가 만들어진다.


8. 인산 치환
3PG ↔ 2-Phosphoglycerate(2PG)

Phosphoglycerate mutase(PGM)를 통해 3PG의 인산을 2번 탄소로 옮겨 2PG로 만든다.

3PG + P-Enzyme → 2,3BPG + Enzyme → 2PG + P-Enzyme


9. 탈수반응
2PG ↔ Phosphoenolpyruvate(PEP)

앤올라아제(Enolase)를 통해 탈수반응이 일어나 2PG에서 H₂O가 빠져나가고 PEP가 된다.


10. ATP 생산
PEP → 피루브산(Pyruvate)

피루브산 인산화 효소(Pyruvatekinase)를 통해 PEP는 피루브산이 되고, ADP는 인산화 되어 ATP가 된다.

1개의 포도당이 2개의 PEP가 되기 때문에 총 2개의 ATP가 만들어진다.

* 요컨대, 해당과정(Glycolysis)의 ATP Net Result는 +2가 된다.



< 해당과정 >
C₆H₁₂O₆ + 2NAD⁺ + 2ADP + 2Pi → 2CHO + 2NADH + 2H⁺ + 2H₂O + 2ATP

2개의 ATP를 사용하여 1개의 포도당으로 2개의 피루브산과 4개의 ATP, 2개의 NADH를 만든다.

해당과정을 통해 만들어진 피루브산은 미토콘드리아에서 아세틸CoA로 전환되는 과정에서 32개 혹은 34개의 ATP를 만들어내고, 해당과정에서 발생한 여러 중간물질은 다른 물질을 생합성하는데 이용된다.

 

NADH는 호기조건의 미토콘드리아에서 ATP를 만드는 전자전달계에 사용되어 NAD⁺가 되고 다시 해당과정에 이용된다.

 

피루브산은 혐기적인 상태에서 젖산 혹은 알코올로 전환된다(발효). 발효과정에서는 더 이상 ATP가 생산되지 않고 NAD⁺를 재생산하는데 이용되고 해당과정이 계속 일어나게 한다.

 

어떤 미생물은 호기호흡 대신 발효만 하여 다른 산을 만들기도 한다. 예컨대 효모는 알코올 발효를 하여 포도당이 에탄올과 CO₂가 된다. => 샴페인이나 빵 반죽에 이용

 

사람의 근육세포도 발효를 수행할 수 있다. 근육세포에 산소가 도달하는 속도보다 소모가 더 빠를 때 혐기적인 조건이 형성된다.