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생화학Ⅰ
안덕준 교수
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 석사과정
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 박사졸업
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 석사과정
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 박사졸업
선문대학교
충남대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 16개 챕터, 57강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 1장. 수분 | ||
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[1강] 생화학 개요, 생화학적 중요성
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생화학 개요와 수분의 생화학적 중요성 정리
• 생화학 개념과 연구 대상: 생체 구성 성분(물, 탄수화물, 단백질, 지질, 핵산 등)과 대사과정·유전정보 저장·전달·발현 메커니즘을 통합적으로 분석하는 학문 구조 정리 • 수분의 구조·수소결합 특성: H₂O의 극성·수소결합 네트워크에 따른 높은 비열·끓는점·운동성·용해력 및 생체고분자(DNA, 단백질) 구조 안정화 원리 정리 • 수분의 생리적 기능과 산·염기 평형: 체액 내 물질 운반, 체온 항상성 유지, 증발열을 통한 체온 조절, 자가이온화(Kw=10⁻¹⁴)와 pH 7 중성 기준에 의한 산·염기 평형 조절 기능 정리 |
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[2강] 산과 염기
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산·염기 평형과 수분, 완충·적정곡선, pKa 개념 정리
• 산·염기와 물의 이온곱(Kw)·pH: 브뢴스테드 산·염기 정의, 물의 자발 해리와 이온곱(Kw), pH·pOH와 중성 조건 및 강산·강염기 용액의 pH 계산 구조 정리 • Henderson–Hasselbalch 식과 pKa 의미: 약산 해리 평형과 Ka 정의, $pH = pK_a + \log\dfrac{[A^-]}{[HA]}$ 유도, pH–pKa–농도비 관계 및 pH = pKa에서 산·짝염기 1:1과 최대 완충 능력 개념 정리 • 완충용액·적정 곡선과 아미노산 적용: 완충계의 산–짝염기 작용 원리, 적정 곡선에서 완충 구간·pKa 위치 해석, 아미노산의 다중 pKa·전하 상태 변화와 생체 pH 완충 기능 구조 정리 |
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| 2장.. 아미노산과 단백질 | ||
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[3강] 아미노산과 단백질
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아미노산과 단백질: 구조·역할·종류 핵심 정리
• 아미노산·즈위터이온·R기: α-아미노산 기본 구조(질소·카르복실기·R기)와 pH 의존 전하 변화(양이온형–즈위터이온–음이온형), R기의 극성·전하에 따른 아미노산 분류 및 단백질 구조·완충 기능 정리 • 펩타이드 결합·단백질·효소: 아미노산 간 펩타이드 결합으로 형성되는 폴리펩타이드=단백질 정의, 디·올리고·폴리펩타이드 구분과 효소 단백질의 촉매 역할 및 기질·온도·pH 특이성 개념 정리 • 단백질 기능·복합단백질: 효소·운반·운동·구조·방어·조절 단백질의 대표 예와 기능, 핵·당·인·리포·금속·색소단백질 등 복합단백질 종류와 결합 성분·기능 분류 정리 |
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[4강] 아미노산, 아미노산 성질
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아미노산 분류와 성질, 적정 곡선과 등전점 정리
• 아미노산 구조·분류: 알파-아미노카르복실산과 비대칭 탄소를 기본 골격으로 하며 R기 성질에 따라 소수성·친수성·산성·염기성·방향족·황 함유 및 필수 아미노산 9종으로 분류 • 아미노산 산염기 성질: 양쪽성 전해질로 pH에 따라 이온화형과 전하(양전하형·쌍극 이온·음전하형)가 변하며 용해도·전기영동 이동도·단백질 구조 안정성 결정 • 적정 곡선·pKa·등전점: pH–pKa 관계와 Henderson–Hasselbalch 식으로 적정 곡선과 완충 구간을 해석하고, 두 pKa 평균으로 등전점(pI)을 계산하여 전하 0가·용해도 최소·완충능력 최소 조건을 규명 |
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[5강] 단백질구조 기초, 알파구조
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단백질 구조 기초와 α-나선(α-helix) 핵심 정리
• 펩티드 결합과 단백질 1차 구조: α-카르복실기–α-아미노기 간 축합으로 형성되는 평면·부분 이중결합성 C–N 펩티드 결합, N말단·C말단 방향성과 residue·-yl 명명 규칙, 펩티드 길이에 따른 di/tri/oligopeptide·단백질 구분 및 유전자 정보에 의해 결정되는 아미노산 선형 서열(1차 구조)의 정의와 기능 • 단백질 고차 구조와 2차 구조 원리: 1차·2차·3차·4차 구조 단계 정의, 주사슬 C=O···H–N 수소결합에 의해 안정화되는 2차 구조(α-helix, β-sheet, β-turn)의 국소적 공간 배열 특성, 1차 서열과 R그룹 성질이 상위 구조와 단백질 기능을 결정하는 구조–기능 연계 원리 • α-나선(α-helix) 구조 특성: i↔i+4 주사슬 수소결합, 잔기당 1.5Å 상승·100° 회전, 한 바퀴당 3.6잔기·피치 5.4Å의 기하학 매개변수, 곁사슬의 외향 배치와 오른손 나선 선호, 사슬내 수소결합에 기반한 안정성 및 용해성 단백질과 막단백질·페리틴 등에서의 핵심 구조 모듈 역할 |
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[6강] 베타병풍구조, 3차구조 (1)
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베타 병풍구조와 3차 구조(케라틴·콜라겐·미오글로빈) 핵심 정리
• β-병풍구조·β-turn: 평행·역평행 β-sheet의 interchain 수소결합 패턴, α-helix 대비 구조·잔기 간 거리 차이, i↔i+3 intrachain 수소결합을 이용한 β-turn의 방향 전환 기능 정리 • 구조단백질(α-keratin·collagen): keratin의 coiled-coil·헵타드 반복·소수성 상호작용·이온결합·이황화결합, collagen의 Gly–Pro–Hyp 반복·글리신 기반 고밀도 패킹·Pro/Hyp 입체반발에 의한 삼중나선 안정화 원리 • 단백질 3차 구조·대표 예(myoglobin·porin): 소수성 코어·친수성 표면·수소결합·이온결합·이황화결합에 의한 3차 구조 안정화, myoglobin의 헴(Fe²⁺·His 결합)과 내부/외부 잔기 분포, 막단백질 porin의 소수성 외부·극성 내부라는 예외적 배열 구조 정리 |
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[7강] 3차구조 (2), 4차구조
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3차·4차 구조: myoglobin·hemoglobin과 heme, 협동결합 핵심 정리
• 단백질 3차 구조·초이차구조·도메인: 소수성 내부 main chain 극성기의 수소결합 네트워크 처리, helix-turn-helix 등 초이차구조 패턴, 기능적으로 분화된 compact domain 단위로 3차 구조 조직화 • 4차 구조·헤모글로빈 협동 결합: 여러 소단위체의 비공유 결합으로 형성된 4차 구조에서 hemoglobin 4량체의 산소 결합 시 양성 협동성, S자형 포화 곡선을 통한 높은 산소 운반·방출 효율 확보 • Myoglobin·heme·히스티딘 축: 단일 사슬 myoglobin의 산소 저장 기능, heme-Fe2+의 6배위 결합과 proximal·distal histidine 축, 산소 결합 상태(oxy-form) 안정화와 hemoglobin 협동 결합의 구조적 기반 형성 |
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[8강] 구조가 기능에 미치는 영향
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단백질 구조 변화와 헤모글로빈·미오글로빈, 변성 요약
• 미오글로빈·헤모글로빈 산소 결합 특성: 미오글로빈의 단량체 구조와 하이퍼볼릭 곡선에 의한 산소 저장 기능, 헤모글로빈의 4차 구조·시그모이드 곡선·협동적 결합·해리에 의한 효율적 산소 운반 기능 정리 • 헤모글로빈 T/R 상태 전환: T 상태의 낮은 친화도와 R 상태의 높은 친화도를 보이는 4차 구조 전환, α1β1–α2β2 경계면 재배열에 의한 양의 협동성 기전과 산소 결합·해리 효율 설명 • 단백질 변성·1차 구조 역할: 물리·화학적 요인에 의한 2·3·4차 구조 붕괴와 비공유·공유 결합 파괴, 용해도 감소·응고·효소 활성 상실 효과, 변성 후 재접힘이 보여주는 1차 구조의 고유 입체구조 결정 기능 정리 |
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| 3장. 효소 | ||
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[9강] 효소 (1)
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효소의 분류와 특성, 효소-기질 결합 모형 핵심 정리
• 효소 기본 개념: 단백질 촉매로서 활성화 에너지 감소를 통해 반응속도만 증가시키며, 평형상수와 평형 조성은 변화시키지 않고 기질 특이성과 온도·pH 작용 범위를 가짐 • 효소 종류와 보조인자: 6대 효소(산화환원효소·전이효소·가수분해효소·제거효소·이성화효소·합성효소)와 비타민·무기질 기반 보조인자, 아포효소·홀로효소 관계를 통해 대사 경로와 에너지 전환을 조절함 • 효소 활성과 결합 모형: 온도·pH·기질 농도에 따른 활성 변화, 기질 농도–속도 관계(Michaelis-Menten, Vmax, Km)와 활성자리에서의 약한 상호작용에 기반한 lock-and-key·induced fit 결합 모형으로 효소-기질 상호작용을 설명함 |
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[10강] 효소 (2)
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미카엘리스-멘텐 모형과 Lineweaver-Burk 직선식 핵심 정리
• 효소-기질 반응속도 모형(미카엘리스-멘텐식) : ES 복합체·준정상 상태 가정에 기반한 $V_0=\dfrac{V_{max}[S]}{K_m+[S]}$ 도출과 $[S]\ll K_m$, $[S]\gg K_m$, $[S]=K_m$ 구간별 속도 특성 및 포화 곡선 구조 정리 • 반응속도 매개변수(Vmax와 Km) : Vmax를 효소 완전 포화 시 최대속도($V_{max}=k_2[E_t]$), Km을 $V_0=\dfrac{1}{2}V_{max}$에서의 기질 농도이자 친화성 지표로 정의하고 Km 크기와 효소-기질 친화성·속도 변화 관계 설명 • 직선화 분석식과 모형 한계(Lineweaver-Burk·다른자리입체성 효소) : $\dfrac{1}{V_0}=\dfrac{K_m}{V_{max}}\dfrac{1}{[S]}+\dfrac{1}{V_{max}}$ 형태의 직선식에서 기울기·절편을 이용한 Km·Vmax 추정 및 저해 분석, 하이퍼볼릭 곡선과 시그모이드 곡선을 비교해 다른자리입체성·협동적 효소에서 미카엘리스-멘텐 모형의 비적용성과 Hill 식 필요성 제시 |
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[11강] 효소 (3)
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효소 반응 저해와 대사 회전수, Michaelis-Menten 정리
• 효소 반응 저해 유형: 경쟁적·비경쟁적·무경쟁적(반경쟁적) 저해에서 저해제 결합 부위(E, ES, EI, ESI)와 Vmax·Km·기울기(Km/Vmax) 및 Lineweaver–Burk 직선 변화를 비교하여 효소 활성 감소 메커니즘을 구조적으로 이해함 • Michaelis-Menten 식과 Km: E+S⇄ES→E+P 모형에서 $V_{0}=\dfrac{V_{\max}[S]}{K_{m}+[S]}$ 를 통해 Km을 Vmax의 1/2 속도를 내는 기질 농도 및 [S]≫Km에서 V0가 Vmax에 점근하는 지표로 해석하고, 직선화(1/V0식)를 이용해 저해 양상 분석함 • 대사 회전수(k₂): $k_{2}=\dfrac{V_{\max}}{[E_{T}]}$ 로 정의되는 효소 1분자당 단위시간 기질 전환 수를 계산하여 효소 촉매 효율성을 정량 평가하고, 기온·pH·기질 특이성(유도 적합 가설 포함) 및 계산·비교형 시험문제 풀이에 적용함 |
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| 4장. 탄수화물 | ||
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[12강] 탄수화물
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탄수화물의 구조·분류·생리적 역할 핵심 정리
• 탄수화물 기본 개념·분류: C·H·O로 이루어진 알데하이드/케톤성 다가 알코올로서 단당류·이당류·올리고당·다당류 및 3·5·6탄당 계열 구조와 조상(3탄당) 체계 정리 • 탄수화물 대사·생리 기능: 에너지 공급(적혈구·뇌 필수 연료), 단백질 절약, 혈당 유지, 신체 구성(DNA·RNA 당, 혈당), 식이섬유 기능과 탄수화물 부족 시 β-산화·옥살로아세트산 감소·케톤체 축적에 의한 산독증 기전 이해 • 탄수화물 구조별 특성: 이당류(구성 당·글리코시드 결합), 전분·글리코겐(α-1,4·α-1,6, 분지 구조, 저장형 에너지), 식이섬유·셀룰로스·해조다당·키틴·펙틴(β-1,4·수용성 여부, 비소화·장 건강·혈당·지질 조절) 비교 정리 |
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[13강] 단당류의 특징
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단당류의 구조와 화학적 반응성, 에피머 및 글리코시드 결합 정리
• 단당류 구조·입체이성질체: 알도스·케토스 기본 구조, 비대칭 탄소에 따른 D/L형·α/β 아노머·에피머(예: glucose–mannose–galactose) 등 입체이성질체 체계 정리 • 단당류 화학 반응성: 헤미아세탈/헤미케탈성 OH를 중심으로 한 환원작용·당알코올 생성, 인산에스터 형성(대사 중간체), 글리코시드 결합에 따른 비환원당·당단백질·당지질 형성, 산화 산물(알돈산·사카린산·우론산) 정리 • 특수 단당류와 생리 기능: 아미노당(glucosamine·galactosamine) 구조와 peptidoglycan·점액다당·세포외기질 구성 역할, 단당류 변형과 에너지 대사·핵산 합성·세포막 구조 간 연계 정리 |
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[14강] 소당류, 다당류의 특징
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소당류와 다당류의 구조와 기능 핵심 정리
• 소당류 및 이당류: 2~4개 단당류의 O-글리코시드 결합 구조(자당·유당·맥아당·셀로비오스·라피노즈·스타키오스)와 구성 단당류·α/β-1,4 결합·환원성·장내 유익균 증식 기능 정리 • 다당류 분류 및 저장 다당류: Homopolysaccharide(전분: 아밀로스·아밀로펙틴, 글리코겐, 셀룰로오즈) vs Heteropolysaccharide(펙틴, 헤미셀룰로오즈, 글루코만난) 구조와 α/β-1,4·1,6 결합, 에너지 저장(전분·글리코겐) 기능 정리 • 구조 다당류 및 식이섬유: 셀룰로오즈·펙틴·헤미셀룰로오즈·글루코만난의 β-1,4 중심 구조, 세포벽 및 밧줄 역할, 소화저항·포만감·배변 촉진·대장 건강 등 식이섬유 기능 정리 |
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[15강] 단백질과의 결합특징
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단백질과 탄수화물의 결합: 단백질당·당단백질, 단당류 화학적 성질 정리
• 단백질당·당단백질 개념: 글리코사민글리칸 기반 단백질당과 단백질 골격 기반 당단백질의 결합 방식(O/N-글리코시드), 구성당, 세포막·연골·혈액응고 등에서의 구조·신호·완충 기능 정리 • 세포막 당단백질·렉틴 역할: 세포막 표면 탄수화물 사슬과 렉틴의 특이적 다가 결합을 통한 리간드·세포·독소·바이러스 인식, 세포-세포 접착 및 신호 복합체 형성 기능 정리 • 단당류 화학적 성질: 환원작용, 인산 에스터 결합, 글리코시드 결합, 산화(알돈산·사카린산·우론산) 및 hemiacetal/hemiketal 형성을 통한 고분자 형성·에너지 대사·해독·신호 기능의 구조적·반응적 기반 정리 |
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| 5장. 지질 | ||
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[16강] 지방질
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지방질과 지방산: 에너지 저장과 세포막 구성, 포화·불포화에 따른 유동성
• 지방·지방산 구조와 에너지 저장: 글리세롤-지방산 에스터 결합, 자유 지방산과의 안정성 차이, 높은 탄소/산소 비율에 의한 고에너지 밀도와 β-산화·아세틸-CoA 중심 분해 경로 • 막지질과 세포막 구조·기능: 인지질의 양친매성 구조(친수성 머리·소수성 꼬리), 인지질 이중층과 선택적 투과성, 막유동성과 막단백질을 통한 수송·수용체 기능 • 지방산 분류와 물성: 탄소수·포화·불포화에 따른 명명법(C수:이중결합 수, Δ·ω 표기), 사슬 길이·이중결합 수에 따른 녹는점·막 유동성 변화, 동물성(포화 위주)·식물성(불포화 위주) 지방 비교 |
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[17강] 지방의 종류
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지방의 종류와 세포막 관련 복합지질 핵심 정리
• 지방 분류와 구조: 단순지질(트리아실글리세롤·왁스), 복합지질(포스포글리세라이드·스핑고미엘린·스핑고당지질·지질단백질), 유도지질(지방산·스테로이드/콜레스테롤·테르펜·프로스타글란딘)의 골격·결합기(글리세롤 vs 세라미드, 인산 vs 당)와 기본 기능(저장·막구성·수송·조절) 정리 • 세포막 지질과 막 유동성: 복합지질(레시틴·스핑고미엘린·스핑고당지질)과 콜레스테롤의 양친매성 구조, 세라미드 + 인산/당 조합에 따른 막지질 유형, 불포화 지방산 비율·콜레스테롤 함량에 따른 이중막 유동성·유연성 조절 원리 • 지질 수송·조절 분자: 지질단백질(VLDL·LDL·HDL)의 구조와 지방·콜레스테롤 운반 경로, 콜레스테롤의 스테롤 고리 구조·담즙산 전구체·막 유동성 조절 기능, 아라키돈산 유래 프로스타글란딘 및 테르펜계 지질의 혈관·호르몬·신호조절 역할 개관 |
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[18강] 막 지방질 성분, 막 지방질 구조
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막 지방질 성분과 막 지방질 이중층 구조 요약
• 막 지방질 성분·양극성: 인산지방질(포스포글리세라이드·스핑고미엘린), 당지질(세레브로시드·강글리오사이드), 콜레스테롤 등 양극성 지질이 소수성 사슬+친수성 머리로 소수성 장벽·친수성 상호작용·막 유동성의 기본 골격 형성 • 인지질 이분자층·투과성: 양극성 지질이 자발적 자기조립으로 인지질 이분자층을 형성하여 미셀보다 안정적 막 구조·완전 밀봉·선택적 투과성(이온·극성분자 차단, 물 상대적 통과)을 제공하고, 막 단백질 삽입·수송·신호전달의 지지대 역할 수행 • 세포막 유동성·단백질 상호작용: 측면 확산 중심의 유동적 막에서 내재성 단백질은 소수성 영역을 관통하고 외재성 단백질은 극성 머리와 결합하며, 유동성은 지방산 탄소수·불포화도·콜레스테롤 함량에 의해 조절되어 기계적 안정성·동적 기능 조율됨 |
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[19강] 지질 문제풀이
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세포막 지질 구성과 구조·유동성 핵심 정리
• 세포막 지질 구성과 양친매성 구조: 인지질·당지질·콜레스테롤로 이루어진 양친매성 지질과 막단백질이 지질 이중층을 형성하여 소수성 장벽·선택투과성·막단백질 배치를 담당함 • 지질 이중층 구조와 막 안정성: 미셀 대신 이분자층을 형성하여 양측 수용성 환경과의 접촉, 넓은 소수성 중심부, 막단백질 수용 공간을 확보하고, 소수성 상호작용·측면 확산·막 비대칭성 유지로 연력학적 안정성을 확보함 • 막 유동성과 지방산 조성: 지방산 탄소수와 이중결합(불포화도)에 따라 소수성 상호작용 강도와 고체/액체 성질이 결정되며, 이를 통해 막 유동성이 조절되어 이온 채널·펌프 기능, 막 융합·분열, 수용체 이동 등 세포막 기능이 조정됨 |
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| 6장. 막 통로와 펌프 | ||
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[20강] 막 통로와 펌프
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세포막 통로와 펌프, 수동·능동수송 핵심 정리
• 세포막 수송 기본 개념: 지방질 이분자층과 막단백질 통로·펌프에 따른 단순확산·촉진확산·수동수송·능동수송의 구조와 에너지 사용 차이 정리 • 능동수송과 이차 운반계: ABC 펌프와 Na⁺-K⁺ 펌프의 일차 능동수송, H⁺ 기울기를 이용한 동향·대항 운반계 및 락토오즈 투과효소의 이차 능동수송 메커니즘 • 이온 통로와 선택성 거르개: 이온 채널의 빠른 수동수송, 칼륨 통로 선택성 거르개 구조, 통로·펌프 비교와 신경세포 안정·흥분 상태에서의 이온 분포 조절 원리 |
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| 7장. 핵산 | ||
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[21강] 핵산 (1)
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핵산의 구성 성분과 종류, 뉴클레오티드 명명법 핵심 정리
• 핵산·뉴클레오타이드·뉴클레오시드: 핵산은 뉴클레오타이드(당·염기·인산)의 중합체이며, 뉴클레오타이드는 5′→3′ 방향으로 연결되고 인산이 빠진 당·염기 결합체가 뉴클레오시드임 • DNA·RNA 구성 요소: 리보스 vs 2-디옥시리보스 당 차이, 퓨린(A·G)과 피리미딘(C·T·U) 염기 조합, DNA 이중나선과 상보적 염기쌍(A–T, G–C / A–U, G–C)에 의한 유전 정보 저장 구조 • 뉴클레오티드 명명법·기능: 염기+당(리보·디옥시리보)로 뉴클레오시드(adenosine, deoxyadenosine 등)를 정의하고, 인산 수에 따라 AMP/ADP/ATP·dAMP 등으로 표기하며, ATP·CTP 등은 에너지 대사와 DNA·RNA 합성, mRNA·tRNA·rRNA는 전사·번역에서 정보 전달·해독·합성 자리 제공 기능 수행 |
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[22강] 핵산 (2)
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DNA와 RNA 구조, 뉴클레오티드 결합, mRNA·tRNA·rRNA 정리
• 핵산 분자 구조: DNA 이중나선·RNA 단일가닥, 퓨린–피리미딘 상보적 염기쌍, A–T(A–U)·G–C 수소결합과 구조 안정성 정리 • 뉴클레오티드 결합과 방향성: 3´-OH–5´-인산 포스포디에스터 결합, 5´→3´ 합성 방향, deoxyribose vs ribose·T vs U에 따른 DNA·RNA 차이 및 상보적 서열 예측 • 유전자 정보 흐름과 RNA 역할: DNA→mRNA 전사, mRNA 코돈–tRNA 안티코돈–아미노산 매칭, rRNA·리보솜의 단백질 합성 장소·촉매 기능을 통한 폴리펩타이드 합성 과정 정리 |
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| 8장. 비타민 | ||
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[23강] 비타민 (1)
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비타민의 생화학적 기능과 수용성 비타민 B군·C 정리
• 비타민 공통 개념·구조: 소량 필수 유기물질로 조효소·효소 보조인자로 작용하며, 지용성(A·D·E·K)과 수용성(B군·C)으로 구분되고 저장·배설·전구체 보유 여부에 따라 대사·독성·결핍 양상이 달라짐 • 수용성 비타민 B군 기능: B1–탄수화물 대사에서 pyruvate dehydrogenase 조효소, B2–FAD 구성 성분으로 전자전달계 관여, B3–NAD⁺·NADP⁺ 구성 성분으로 에너지 생성·환원력 제공, B5–CoA 구성 성분으로 acetyl-CoA 생성·지질·호르몬 합성 관여, B7–ATP·Mg²⁺ 의존성 carboxylase 조효소로 지방 합성·아미노산 대사 관여, B9–1탄소 운반체로 DNA·핵산 합성·세포분열 담당, B12–코발트 함유 조효소로 B9와 함께 DNA 합성·메틸화·혈액·신경 대사 조절 • 비타민 C 기능: 강력한 환원력과 항산화 작용으로 세포 손상·노화·자유라디칼 방어에 기여하며, proline → hydroxyproline 전환을 촉진해 콜라겐 3중 나선 안정화·피부·혈관·상처 치유 유지에 필수적이고, 결핍 시 괴혈병 등 결합조직 이상을 유발함 |
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[24강] 비타민 (2)
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지용성 비타민 A·D·E·K·F 기능과 수용성 비타민과의 비교 핵심
• 지용성 비타민 공통 특징: A·D·E·K·F의 지용성·저장성·전구물질-활성형 전환 특성과 수용성 비타민과의 용해성·축적·배설·결핍 양상 비교 • 주요 지용성 비타민 기능: 비타민 A의 시각·유전자 전사·면역, D의 칼슘 흡수·골대사·UV 활성화, E의 항산화·세포막 보호·전자전달 보조, K의 프로트롬빈 합성·혈액응고·장내세균 합성, F(필수지방산)의 세포막 유동성·프로스타글란딘 전구체·동맥경화 조절 • 비타민의 생화학적 역할: 조효소·운반체·전자전달계 구성·세포막 보호 인자로 작용하여 산화·환원·에너지 대사·항산화·지질대사 전반을 조절·지원 |
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| 9장. 무기질 | ||
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[25강] 무기질 (1)
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무기질의 기능과 다량무기질(칼슘·인·마그네슘 등) 정리
• 무기질 개념·분류·기본 기능: 다량무기질(Ca, P, Mg, Na, K, S, Cl)과 소량무기질 구분, 체조직 구성·조효소·호르몬·헤모글로빈·신경전달·산-알칼리 및 수분 평형 유지 기능 정리 • 체내 항상성 및 생리조절 무기질: 산성/알칼리성 무기질 구분, 인산완충계와 삼투압 조절(Na⁺, K⁺, Cl⁻), 신경전달·근육 수축/이완에서 Na⁺·K⁺·Ca²⁺·Mg²⁺ 역할, 조효소로서 Mg²⁺·Zn²⁺ 기능 및 황·요오드·코발트·철의 호르몬·비타민·헤모글로빈 구성 성분 역할 정리 • 주요 다량무기질별 핵심 기능: Ca·P·Mg의 골격·에너지대사·신경·근육 기능, S의 결합조직·비타민·호르몬 구조, Na·K·Cl의 전해질·삼투압·산-알칼리 평형·신경전달·위산 형성 기능과 상호작용(Ca–P, Ca–Mg, Na–K) 정리 |
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[26강] 무기질 (2)
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미량 무기질의 종류와 대사적 역할 핵심 정리
• 미량 무기질 및 마그네슘: 철·구리·아연·망간·요오드·마그네슘의 조효소·호르몬 구성·전자전달·산소 운반·기초대사·신경·근육·DNA 합성 기능 정리 • 항산화 및 대사 조절: SOD와 활성산소 제거에서 망간·아연 역할, 피루베이트 대사·ATP 생성·인슐린 복합체·단백질·지방 대사 및 성장·면역·피부·골격 조절 기능 정리 • 무기질·비타민 상호작용: Ca·P·Mg·Fe·Zn 간 경쟁적 흡수·길항작용, 비타민 C·D의 철·Ca·P·Mg 흡수 촉진, 식이섬유·폴리페놀의 과량 섭취 시 무기질 흡수 저해 구조 정리 |
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| 10장. 대사 | ||
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[27강] 대사 (1)
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대사 개관: 분해대사와 생합성대사의 구조와 연계
• 대사·에너지 대사 개념: 분해대사와 생합성대사로 구성된 에너지·물질 전환 네트워크, 자유에너지(ΔG)와 ATP를 매개로 자발·비자발 반응을 연결하는 체계 • 분해대사·공통 경로: 탄수화물·지방·단백질을 CO₂와 H₂O로 산화하며 NADH/FADH₂ 생성, 해당과정·TCA·전자전달계·β-산화·펜토오스 인산경로를 통해 ATP와 중간대사산물을 생산 • 생합성 대사·에너지 운반체: 분해대사 유래 기질(pyruvate, acetyl-CoA, TCA 중간체)과 NADPH, ATP·GTP·UTP·CTP를 사용해 단백질·핵산·지질·탄수화물을 합성하는 비자발적 합성 경로 시스템 |
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[28강] 대사 (2)
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탄수화물·지방·단백질 대사 개요와 아세틸CoA 중심 통합 조절
• 탄수화물 대사 통합 개념: 해당과정–TCA cycle–전자전달계를 통해 포도당-6-인산, 피루브산이 ATP 생성·펜토오스 인산 경로·포도당 신생합성의 분기점 역할 수행 • 아세틸CoA·옥살로아세트산 중심 통합 대사: 피루브산·지방산 β-산화·α-케토산이 아세틸CoA·TCA cycle 중간체로 편입되어 ATP 생성, 지방산·콜레스테롤 합성, 아미노산·포도당 신생합성 경로를 조절 • 지방·단백질 대사 연결 구조: 트리아실글리세롤의 지방산·글리세롤, 단백질 유래 아미노산이 각각 β-산화·해당과정·아미노기 전달반응을 거쳐 DHAP, 피루브산, α-케토글루타르산, 옥살로아세트산으로 전환되어 탄수화물 대사 회로와 통합됨 |
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[29강] 대사는 에너지를 필요로 한다.
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대사는 에너지를 필요로 한다와 ATP, 탄소 산화 에너지 요약
• 대사와 에너지 커플링: 분해 대사와 합성 대사의 ΔG 기반 에너지 커플링 구조, 자유에너지 흐름과 ATP 중심 에너지 매개 개념 정리 • ATP와 고에너지 인산화합물: ATP의 인산기 이동 포텐셜·가수분해 자유에너지·안정성 원인과 크레아틴 인산 등 고에너지 인산화합물의 ATP 재생 기전 정리 • 탄소 산화와 ATP 생성 단계: 소화 → 아세틸 CoA 형성(기질수준 인산화) → TCA 사이클·전자전달계(산화적 인산화)로 이어지는 탄소 산화 경로와 NADH/FADH₂를 통한 대량 ATP 생성 메커니즘 정리 |
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[30강] 대사는 운반체가 필요하다.
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대사에서 공통 운반체의 종류와 역할 정리
• ATP와 인산기 운반·전자 운반체(NADH, FADH2, NADPH): ATP의 인산기 이동을 통한 에너지 전달, NADH·FADH2의 산화를 통한 전자전달계·ATP 생성, NADPH의 환원적 생합성용 전자 공급 및 pentose phosphate pathway와 핵산 합성 연계 • Coenzyme A와 아세틸기 운반: CoA의 acetyl-CoA 형태를 통한 2탄소 단위 운반, 분해 대사(pyruvate→acetyl-CoA, TCA cycle)와 합성 대사(지방산·일부 아미노산 합성) 연결, 큰 음수 ΔG°′를 이용한 아세틸기 고에너지 운반·방출 기능 • 운반체 사용의 대사 조절·효율성과 비타민 연계: ATP·NAD(H)·NADP(H)·FAD(H2)·CoA 등 소수 공통 운반체를 통해 반응 단계·속도 조절과 시스템 단순화 달성, riboflavin–FAD·niacin–NAD/NADP·pantothenic acid–CoA·vitamin B12–메틸기 운반체 등 비타민 유래 조효소로서 특정 화학 그룹 운반 기능 수행 |
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[31강] 대사는 공통반응을 갖고, 조절을 받는다.
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대사 공통 반응과 조절 메커니즘 요약 (생화학 10.3–10.4)
• 대사 공통 반응 유형: 산화환원·연결(ligation)·이성질화·원자단 이동(group-transfer)·가수분해·제거(lyase) 반응을 통한 에너지 전환·기질 활성화·탄소골격 재배열 구조 정리 • 대사 조절 메커니즘: 효소량 조절(전사·번역), 다른자리입체 조절(되먹임 억제·양성 조절), 가역적 공유결합적 변형(주로 인산화/탈인산화)에 의한 효소 활성 스위칭 • 전역적 대사 조율: 에너지 부하(ATP·ADP·AMP 비율) 감지, 세포 내 구획화(TCA·지방산 산화/합성 분리), 기질 유입·수송(인슐린 의존적 포도당 흡수 포함)에 의한 분해·합성 경로 균형 제어 |
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[32강] 대사 문제풀이
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생화학 대사 개요 및 ATP·운반체·조절 메커니즘 정리
• 에너지 전이와 ATP 커플링: ATP의 높은 인산기 이동 포텐셜과 ADP·Pi 생성물 안정성을 기반으로 열역학적으로 불리한 반응을 유리한 반응과 커플링해 ΔG_total을 음수로 만드는 대사 구동 원리 • 에너지 추출 3단계와 주요 운반체: 소화 → 연료의 아세틸 CoA 전환(기질수준 인산화) → 아세틸 CoA의 TCA cycle·전자전달계에서의 완전 산화를 통해 ATP를 생성하며, ATP(인산기), CoA(아실기), NADH·FADH₂(전자/환원력·프로톤 기울기), NADPH(생합성용 환원력) 운반체가 핵심 역할 수행 • 공통 대사 조절 메커니즘: allosteric 조절(피드백 억제), 가역적 공유결합적 변형(인산화), 에너지 부하(ATP/ADP/AMP 비), 효소 양 조절(전사·번역), 대사 경로의 공간 분리(구획화), 기질 유입량 조절을 통한 대사 경로 유속 제어 구조 정리 |
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| 11장. 해당작용 | ||
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[33강] 해당작용
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해당작용
• 해당작용 기본 개념: 세포질에서 포도당을 pyruvate로 분해하여 ATP 2분자·NADH 2분자 순이득을 얻는 무산소성 대사 경로 및 산소 유무에 따른 pyruvate의 TCA cycle·발효 경로 연결 • 해당경로 구조와 단계 구분: 10단계 반응을 ATP 소비 준비 단계(포도당→F1,6BP)·6탄당 분할 단계(F1,6BP→DHAP+GAP)·에너지 수확 단계(GAP→pyruvate)로 구분하고, 각 단계의 핵심 효소(Hexokinase, PFK-1, Aldolase, Triose phosphate isomerase, G3P dehydrogenase, Phosphoglycerate kinase, Pyruvate kinase)와 ATP·NADH 생성·소비 수지 정리 • 탄수화물 대사 통합: 포도당 신생합성과의 역방향·우회 경로 관계, 과당·갈락토오스·글리코젠이 인산화·이성질화·뮤테이스 반응을 거쳐 G6P·F6P·F1,6BP 수준에서 해당경로에 편입되는 통합 탄수화물 대사 구조 정리 |
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[34강] 해당과정의 세부내용
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해당과정 10단계 세부 반응과 에너지 수지
• 해당과정 전체 경로 구조: 포도당 → 과당 1,6-비스인산 → C3 화합물(GA3-P 2분자) → 피루브산 2분자 전환, 총 10단계 반응에서 ATP 4생성·2소비로 순수익 ATP 2, NADH 2 생성 • 단계별 반응과 효소: Hexokinase·phosphoglucose isomerase·PFK-1·Aldolase·triose phosphate isomerase·GAPDH·phosphoglycerate kinase·phosphoglycerate mutase·Enolase·Pyruvate kinase가 기질·생성물 전환과 ATP·NADH 생산/소비를 촉진 • 조절 단계 및 에너지 대차대조표: 1단계(Hexokinase), 3단계(PFK-1), 10단계(Pyruvate kinase)가 알로스테릭 조절을 담당하며, 전체 결과는 포도당 1분자당 ATP +2, NADH +2, 피루브산 2분자 생성으로 요약됨 |
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[35강] 단당류와 피루브산의 전환
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단당류 대사와 피루브산 전환 경로 핵심 정리
• 과당·갈락토오스 대사 경로: 과당의 C1·C6 인산화(과당 1-인산·6-인산 → DHAP·GA3P) 및 갈락토오스 Leloir 경로(갈락토오스 1-인산 → UDP-갈락토오스 ↔ UDP-포도당 → 포도당 1-인산 → 포도당 6-인산)를 통해 해당과정 중간체로 편입되는 구조 정리 • 피루브산 혐기 대사(발효): 피루브산의 에탄올 발효(피루브산 → 아세트알데하이드 → 에탄올)와 젖산 발효(피루브산 → 젖산)에서 탈카르복실화효소·알코올 탈수소효소·락트산 탈수소효소에 의한 NAD⁺ 재생과 ATP 비직접 생성, 무산소 조건에서 해당과정 유지 기능 정리 • 피루브산 호기·동화 대사: 피루브산 탈수소효소 복합체에 의한 아세틸 CoA 전환과 TCA 회로 연결, 피루브산 카르복실화효소에 의한 옥살로아세트산 전환을 통한 포도당 신생합성·아미노산·핵산 전구체 합성, 아세틸 CoA·옥살로아세트산의 대사 허브·에너지 상태 의존적 분기 역할 정리 |
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[36강] 해당과정의 조절
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해당과정 조절: 근육과 간에서의 조절 기전 핵심 정리
• 해당과정 조절 개념: 포도당→피루브산 경로에서 에너지 부하(ATP/AMP 비)와 최종산물·중간대사체(ATP, 피루브산, 젖산, 시트르산 등)에 따른 속도 조절 및 분해·합성 대사 전환 원리 정리 • 핵심 조절 효소: Hexokinase, Phosphofructokinase(PFK), Pyruvate kinase에서 다른자리입체 조절·기질 농도 변화·가역적 인산화·효소량 조절을 통해 해당 전체 흐름을 제어하는 메커니즘 구조화 • 조직별 조절 비교: 근육에서 에너지 요구·pH·ATP/AMP에 따른 단순 조절(젖산 축적 방지 포함)과, 간에서 시트르산·G6P·PEP·가역적 인산화 및 포도당 신생합성과 연계된 복합 조절 기전 대비 정리 |
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[37강] 해당작용 문제풀이
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해당과정 조절과 피루브산 운명, 예상문제 정리
• 해당과정 정량 수지: 포도당 1분자의 해당과정에서 2피루브산·순수 2ATP·2NADH 생성과 1,3,6,7,10단계의 ATP·NADH 생성·소비 구조 및 반응식 수지 정리 • 해당과정 조절 효소: Hexokinase·Phosphofructokinase·Pyruvate kinase의 반응 단계, 에너지 부하(ATP), 대사산물(포도당-6-인산·시트르산·피루브산·알라닌), pH, 인산화 상태에 따른 근육 vs 간 조절 기전 비교 • 피루브산 대사 경로: 피루브산의 에탄올·젖산(혐기) 및 Acetyl-CoA·Oxaloacetate(호기) 전환 경로와 각각의 조건, 기능(NAD⁺ 재생·ATP 생산·당신생·전구체 공급) 구조화 정리 |
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| 12장. 포도당 신생합성 | ||
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[38강] 포도당 신생합성
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포도당 신생합성 개요와 해당과정과의 차이 정리
• 포도당 신생합성(gluconeogenesis) : 비탄수화물(글리세롤·젖산·아미노산)로부터 포도당 6-인산/포도당을 합성해 뇌·골격근 에너지원과 혈당 항상성 유지, 동화 대사로서 다량의 NTP(ATP·GTP) 소모 • 경로 구조 및 조절 핵심 : Pyruvate→OAA→PEP 우회 경로(미토콘드리아 기질·세포질 분리, ATP·GTP 사용), 해당의 가역 단계 역이용, F1,6BPase·G6Pase 단계에서 조절 및 G6P에서 기본적으로 반응 종료 • 열역학 및 해당과의 비교 : 해당 단순 역반응은 ΔG≈+84 kJ/mol로 비자발적이나, 실제 포도당 신생합성은 추가 NTP 소모(총 6 NTP)로 ΔG≈-38 kJ/mol 확보하며, PFK-1 ↔ fructose-1,6-bisphosphatase 조절 쌍을 통해 futile cycle 방지 |
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[39강] 포도당 신생합성 조절
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포도당 신생합성 조절: 에너지 부하·호르몬·기질 통합정리
• 에너지 상태 조절: ATP/ADP/AMP·시트르산·아세틸 CoA 농도에 따라 PFK-1·F1,6BPase·피루브산 키나아제 활성이 반대 방향으로 조절되어 해당과 포도당 신생합성 경로 선택 • 호르몬 조절: 인슐린은 헥소키나아제·PFK-1·피루브산 키나아제 합성 증가로 해당 촉진·포도당 신생합성 억제, 글루카곤은 과당 2,6-BP 감소를 통해 F1,6BPase 활성화로 포도당 신생합성 촉진·해당 억제 • 기질·대사중간체 조절: 알라닌·피루브산·아세틸 CoA·구연산 농도 변화가 피루브산 키나아제·PFK-1·F1,6BPase 조절을 통해 PEP↔피루브산·F6P↔F1,6BP 전환 흐름을 바꾸어 혈당 유지와 에너지 항상성 조절 |
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[40강] 해당과 포도당 신생합성통합
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해당과 포도당 신생합성 통합: 코리 회로·포도당-알라닌 회로·조절
• 코리 회로·포도당-알라닌 회로: 근육에서 생성된 피루브산 유래 락테이트·알라닌을 간으로 운반해 포도당 신생합성으로 다시 포도당으로 전환하는 근육-간 통합 대사 순환 경로 • 포도당 신생합성 역행 불가·우회 경로: 해당의 큰 음의 ΔG 때문에 단순 역반응이 불가능하여 피루브산→옥살로아세트산→PEP의 ATP·GTP 소모 우회 반응으로 포도당을 합성하는 별도 경로 • 포도당 신생합성 조절 인자: 에너지 상태(ATP, 시트르산), 호르몬(인슐린·글루카곤), 기질(아세틸 CoA, 알라닌)이 PFK-1, 과당 1,6-비스포스파테이스, 피루브산 키나아제 등 조절 효소 활성을 통해 해당과 포도당 신생합성의 방향성을 결정하는 조절 체계 |
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| 13장. 글리코겐대사 | ||
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[41강] 글리코겐 대사, 분해
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글리코겐 대사: 분해와 합성, 간·근육 역할 및 조절 개요
• 글리코겐 구조·기능: α-1,4 / α-1,6 결합을 가진 가지친 포도당 저장 다당으로, 간·근육에 저장되어 빠른 포도당 공급과 무산소·유산소 에너지 제공 및 혈당 항상성에 기여 • 글리코겐 분해·합성 경로: 가인산분해효소·이동효소·α-1,6 가수분해효소·포스포글루코오즈 자리옮김효소·간 특이적 포도당 6-인산 가수분해효소에 의한 포도당 1-인산/자유 포도당 생성과, 포도당 6-인산→포도당 1-인산→UDP-포도당(UTP 사용)을 통한 사슬 연장·가지 형성 • 글리코겐 대사 조절·조직 특이성: 간은 포도당 6-인산 가수분해효소를 통해 혈당 조절, 근육은 해당작용용 국소 연료로 사용하며, 두 조직 모두에서 글루카곤·에피네프린·인슐린에 의한 가역적 인산화와 ATP/AMP 기반 다른자리 조절로 분해·합성 균형을 조절 |
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[42강] 글리코겐 분해조절
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글리코겐 분해 조절: 근육·간, 호르몬, 인산화 핵심 정리
• 글리코겐 가인산분해효소 조절: 인산화/탈인산화 상태에 따라 활성(a형)/비활성(b형) 전환, 에너지 부하(ATP/AMP)·혈당 농도·cAMP·Ca²⁺ 신호에 의해 글리코겐 분해 속도 결정 • 근육 글리코겐 분해 조절: 에너지 부족(높은 AMP·낮은 ATP), 운동 시 Ca²⁺ 증가·에피네프린 신호가 가인산분해효소 키나아제 및 효소 인산화를 유도하여 분해 촉진, 휴식·포도당 6-인산·ATP 증가 시 탈인산화로 분해 억제 • 간 글리코겐 분해 및 호르몬 조절: 혈당 저하 시 글루카곤·에피네프린이 인산화 통해 분해·포도당 방출 촉진, 혈당 상승·포도당 결합 및 인슐린 신호 시 효소 비활성·탈인산화로 글리코겐 분해 억제 및 합성 유도 |
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[43강] 글리코겐 합성의 특징, 조절
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글리코겐 합성과 조절 핵심 요약 (생화학 단기속성 43강)
• 글리코겐 구조·합성 경로: UDP-포도당·프라이머·글리코겐 합성효소·branching enzyme을 이용해 α-1,4 / α-1,6 결합으로 가지 친 다당 글리코겐을 별도 경로로 합성 • 에너지 효율·저장 기능: 포도당 6-인산을 적은 ATP·UTP 소모로 글리코겐에 저장하고 가인산분해로 고비율의 포도당 1-인산을 회수해 단기 에너지원으로 고효율 제공 • 조절 메커니즘·조직 차이: 인산화/탈인산화·cAMP·호르몬(글루카곤·에피네프린·인슐린)·PP1에 의해 글리코겐 가인산분해효소와 합성효소를 상반 조절하며, 근육은 에너지 상태, 간은 혈당 유지 중심으로 글리코겐 대사를 제어 |
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[44강] 글리코겐 대사 문제풀이
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글리코겐 대사 조절과 호르몬, 예상문제 핵심 정리
• 글리코겐 에너지 저장 개념: 포도당을 글리코겐으로 저장해 무산소 조건에서도 빠른 ATP 생산, 최소 ATP 소모로 높은 회수율, 코리 회로를 통한 피루브산·젖산 재활용 수행 • 글리코겐 가인산분해효소 조절: 인산화에 따른 a형(활성)/b형(비활성) 전환과 AMP 활성화·ATP/포도당-6-인산 억제를 통한 알로스테릭 조절로 글리코겐 분해 속도 제어 • 호르몬·키나제/가인산분해효소 조절축: 에피네프린·글루카곤–cAMP–PKA 경로는 가인산분해효소 활성화·글리코겐 생성효소 억제로 분해↑/합성↓, 인슐린–PP1 경로는 가인산분해효소 비활성화·생성효소 활성화로 분해↓/합성↑ 상반 조절 구현 |
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| 14장. 펜토오스 인산 경로 | ||
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[45강] 펜토오스 인산 경로 (1)
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펜토오스 인산경로 핵심 정리(개요·산화적·비산화적 경로)
• 펜토오스 인산경로 기본 개념·기능: 포도당 6-인산으로부터 NADPH와 5탄당 인산(리보오스 5-P, xylulose 5-P)을 생성하며, ATP 직접 생성 없이 환원력 공급·핵산 전구체 제공 및 5탄당의 에너지 대사 편입을 담당하는 대사 경로 • 산화적 경로·조절: 포도당 6-인산 → 리불로오즈 5-인산 전환 과정에서 포도당 6-인산 탈수소효소와 6-포스포글루콘산 탈수소효소를 통해 NADPH 2분자·CO₂ 1분자 생성하며, 포도당 6-인산 탈수소효소가 NADP⁺ 농도 의존적 속도·조절 단계로 작용함 • 비산화적 경로·대사 연결: 리보오스 5-인산·xylulose 5-인산 사이의 탄소 재배치를 트랜스케톨라아제·트랜스알돌라아제가 매개하여 3×C5 → 2×과당 6-P + 1×GA-3P로 전환하고, 생성물(과당 6-P·GA-3P)을 통해 해당·포도당 신생합성과 연결되며, NADPH 의존적 생합성 조직에서 칼빈 회로와 반대 방향 대사 관계를 이룸 |
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[46강] 펜토오스 인산 경로 (2)
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펜토오스 인산 경로 조절과 대사 수요별 경로 선택 핵심 정리
• 펜토오스 인산 경로 기본 개념: 포도당 6-인산을 산화적·비산화적 반응으로 대사하여 NADPH와 리보오스 5-인산을 생성하고, 과당 6-인산·글리세르알데하이드 3-인산과의 상호전환을 통해 해당과정·포도당 신생합성과 연계하는 우회 경로 • 조절 메커니즘: 산화적 단계는 포도당 6-인산 탈수소화의 비가역 속도제한 반응과 NADP+/NADPH 비율에 의해, 비산화적 단계는 리불로오스 5-인산·리보오스 5-인산·자일룰로오스 5-인산 및 C3·C4·C6 당 인산 기질 농도에 의해 반응 방향·속도가 결정되는 기질 농도 의존적 조절 • 대사 수요별 경로 선택: 리보오스 5-인산 우세 시 해당과정 + 비산화적 역방향으로 R5P만 생산, NADPH·R5P 균형 시 표준 산화적 경로 이용, NADPH 우세 시 비산화적 재배치·포도당 신생합성으로 G6P 재생 반복, NADPH·ATP 동시 요구 시 산화적 경로로 NADPH 생성 후 비산화적 중간체를 해당과정으로 보내 ATP 동시 생산 |
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[47강] 펜토오스 인산 경로 (3)
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펜토오스 인산 경로 조절과 산화·비산화 단계 비교 핵심 정리
• 산화적 단계·비산화적 단계: 포도당 6-인산의 산화로 NADPH·5탄당 인산 생성(비가역)과 5탄당 인산↔과당 6-P·GA3-P 간 가역적 탄소 재배열을 통해 해당·포도당 신생합성·핵산 합성 경로를 연결함 • 조절 요인: NADP⁺/NADPH 비율(산화적 단계 활성), 5탄당 인산·과당 6-P·GA3-P 등 기질 농도, 세포의 리보오스 5-P·NADPH·ATP 상대적 수요에 따라 산화적/비산화적 단계의 이용 여부와 방향(정방향·역방향)을 결정함 • 수요별 경로 선택: 리보오스 5-P만 필요 시 해당 → 비산화적 역반응, 리보오스 5-P+NADPH 필요 시 산화적 단계 단독, NADPH만 많이 필요 시 산화적+비산화적+신생합성 순환, NADPH+ATP 필요 시 산화적 → 비산화적 → 해당 직렬 연결 전략을 사용함 |
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| 15장. 시트르산 회로 | ||
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[48강] 시트르산(TCA) 회로
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시트르산(TCA) 회로 개요와 에너지 대사에서의 역할 정리
• 시트르산(TCA) 회로 기본 개념: 미토콘드리아 기질에서 acetyl-CoA를 CO2와 H2O로 완전 산화하여 NADH·FADH2·GTP(ATP)를 생성하고, 해당과정·지방산 β-산화·아미노산 대사와 전자전달계를 연결하는 중심 에너지 대사 허브 회로 • 시트르산(TCA) 회로 에너지·연결 기능: acetyl-CoA 1분자당 NADH 3개·FADH2 1개·GTP(ATP) 1개를 생성해 산화적 인산화에서 대량 ATP 생산을 유도하며, pyruvate dehydrogenase 반응과 전자전달계(Complex I–IV, ATP synthase, 산화적 인산화)를 통해 glycolysis–TCA–전자전달계를 일체화하는 에너지 생산 경로를 형성 • 시트르산(TCA) 회로 대사 중간체·순환성: citrate·isocitrate·α-ketoglutarate·succinyl-CoA·succinate·fumarate·malate·oxaloacetate 등 중간체를 통해 아미노산·콜레스테롤·핵산염기·heme/porphyrin 생합성 전구체를 공급하고, oxaloacetate의 재생 및 pyruvate carboxylase를 포함한 anaplerotic 반응으로 OAA 농도를 보충하여 회로의 순환성과 대사 허브 기능을 유지 |
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[49강] acetyl CoA와 시트르산회로
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acetyl CoA와 시트르산회로 단계 및 생성물 정리
• 피루브산 탈수소효소 복합체와 acetyl CoA 형성: 미토콘드리아 기질에서 피루브산을 acetyl CoA로 비가역 전환하며 TPP·FAD·NAD+·CoA 보조인자와 ATP/NADH/acetyl CoA에 의한 음성 조절, AMP/NAD+/CoA에 의한 양성 조절을 통해 해당과정과 시트르산 회로를 연결·조절함 • acetyl CoA와 시트르산 회로 대사 구조: acetyl CoA가 옥살로아세트산과 축합해 시트르산을 형성하고 8단계 회로에서 탄소수 변화·NADH 3개·FADH2 1개·GTP 1개·CO2 2개를 생성하며, 지방산·콜레스테롤·아미노산·핵산 전구체 합성의 공통 중간체를 제공함 • 시트르산 회로 단계별 핵심 반응: 시트르산 생성→이소시트르산 이성질화→이소시트르산·α-케토글루타르산 탈카르복실화에서 NADH·CO2 생성→숙시닐 CoA에서 기질수준 인산화로 GTP 생성→숙신산 탈수소에서 FADH2 생성 및 전자전달계 Complex II 연결→말산 산화로 옥살로아세트산 재생과 세 번째 NADH 생성으로 회로를 완결함 |
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[50강] 시트르산 회로의 중요성
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시트르산 회로의 중요성과 에너지 생산, NAD⁺ 재생, 대사 연속성
• 시트르산 회로 핵심 기능: 아세틸CoA 산화를 통해 3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP 생성, 전자전달계로 연계되어 약 10 ATP 생산 및 에너지 대사의 중심 경로로 작용 • NAD⁺·FAD 재생과 해당과정 연속성: 전자전달계와 산화적 인산화를 통해 NADH·FADH₂를 산화하여 NAD⁺·FAD를 재생하고, 호기 조건에서 해당과정·시트르산 회로·전자전달계가 연속적으로 진행되도록 유지 • 호기·혐기 조건 비교와 대사 조절: 호기 조건에서는 시트르산 회로+전자전달계가 NAD⁺ 공급원, 혐기 조건에서는 젖산/에탄올 발효가 NAD⁺ 재생을 담당하며, 시트르산 회로 중간산물이 아미노산·핵산·heme·지방산 전구체를 제공하는 양면 대사 경로로 기능 |
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[51강] 시트르산 회로의 조절
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시트르산 회로 조절: 에너지 부하와 조절 효소 기전 요약
• 시트르산 회로 조절 개념: 탄수화물·지방·단백질 대사의 중심 회로로서 에너지 부하(ATP/ADP/AMP, NADH/NAD⁺), 기질 공급, 다른자리 입체적 조절·가역적 인산화에 의해 속도와 방향이 조절됨 • 주요 조절 효소 단계: 피루브산 탈수소효소 복합체·시트르산 합성효소·이소시트르산 탈수소효소·α-케토글루타르산 탈수소효소에서 NADH 생성량·아세틸 CoA 유입·시트르산/α-케토글루타르산 분기 조절, ATP·ADP·NADH·Ca²⁺에 따른 활성/억제 조절이 일어남 • 대사 네트워크 연계: 시트르산·NADH·숙시닐 CoA 축적에 의한 상위 단계 및 PFK 억제로 해당과정 속도 감소, 에너지 과잉 시 지방·글리코겐·아미노산(글루타메이트) 합성으로 탄소 골격 전환, 에너지 부족·Ca²⁺ 신호 시 피루브산→아세틸 CoA 및 TCA 활성화를 통해 ATP 생산 가속됨 |
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[52강] 회로는 합성 재료를 제공한다, 글리옥실산 회로
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시트르산 회로의 합성 재료 제공과 글리옥실산 회로 핵심 정리
• 시트르산 회로 중간대사물질: α-케토글루타르산·숙시닐 CoA·옥살로아세트산·시트르산을 통해 아미노산·포르피린·지방산·핵산 염기 합성에 필요한 탄소 골격 제공 • 옥살로아세트산·피루브산 카르복실화: 피루브산 카르복실화 효소에 의해 OAA를 보충하며, 아세틸 CoA·세포 에너지 상태에 따라 TCA 회로·포도당 신생합성·아미노산·염기 합성으로 대사 분기 조절 • 글리옥실산 회로: 식물·박테리아에서 아세틸 CoA와 아이소시트르산 분기(글리옥실산·숙신산 형성)를 통해 CO2 방출 단계를 우회하고, 2탄소 화합물로부터 동시에 에너지 생산과 포도당 신생합성 수행 |
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[53강] 시트르산 회로 문제풀이
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시트르산 회로 예상문제 정리 및 조절·에너지수지 핵심 요약
• 시트르산 회로 대차대조표 및 에너지수지: 아세틸 CoA 1회전 기준 3 NADH·1 FADH₂·1 GTP(기질적 인산화)·2 CO₂ 생성 단계와 피루브산 → 아세틸 CoA 전환 시 추가 NADH 포함 환원당량·ATP 환산 정리 • 시트르산 회로 진행 조건과 산소 의존성: 말산 탈수소효소의 열역학적으로 불리한 반응에도 불구한 OAA·NADH 생성의 대사적 이점, 전자전달계에서 O₂를 최종 전자수용체로 사용하는 NAD⁺·FAD 재생 필요성과 해당과정-시트르산 회로-산화적 인산화 연계 구조 • 시트르산 회로 조절 단계 및 조절 인자: PDH·시트르산 합성효소·이소시트르산 탈수소효소·α-케토글루타르산 탈수소효소를 중심으로 인산화/탈인산화, ADP/ATP·NADH/NAD⁺·Ca²⁺·Mg²⁺·숙시닐 CoA 등 에너지 상태·기질/생성물 농도에 따른 allosteric 조절 메커니즘 정리 |
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| 16장. 산화적 인산화 반응 | ||
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[54강] 산화적 인산화 반응
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산화적 인산화 반응 개요와 전자전달계 복합체 정리
• 산화적 인산화·미토콘드리아 구조: 미토콘드리아 내막·막간 공간·기질에서 진행되는 전자전달과 양성자 기울기 형성, ATP 생성 및 NAD+ 재생 기능 정리 • 전자전달계 복합체 I~IV와 운반체: NADH·FADH2 기원 전자 전달 경로, 복합체별 양성자 펌프 여부(I·III·IV), Coenzyme Q·Cytochrome c 역할 및 O2를 최종 전자수용체로 하는 호흡사슬 구조 • ATP 합성효소와 에너지 수지: 양성자 기울기를 이용하는 ATP synthase의 구조·작동 원리, NADH·FADH2당 H+ 펌프 수와 ATP 수득량(2.5 vs 1.5 ATP), 해당과정·시트르산 회로와의 NAD+ 재생 연계성 정리 |
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[55강] 산화적 인산화 반응의 구성, 양성자 기울기의 역할
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산화적 인산화 반응 구성과 양성자 기울기의 역할 핵심 정리
• 전자전달 사슬과 단백질 복합체: 복합체 I·II·III·IV와 전자운반체(Q, 시토크롬 c)가 NADH·FADH2 전자를 O₂로 전달하며, I·III·IV에서 H⁺ 펌프를 통해 막 사이 공간에 양성자 기울기를 형성함 • 양성자 기울기와 자유에너지 커플링: ΔpH와 막전위로 이루어진 양성자 동력이 NADH→O₂ 전자전달의 큰 음의 ΔG를 ATP 합성의 양의 ΔG와 연결하여 에너지 요구 반응을 구동함 • ATP 생성효소(복합체 V): 막 내 ATP synthase가 양성자 통로와 촉매 부위를 통해 H⁺ 역류 에너지를 ADP+Pi→ATP 합성·방출로 전환하며, NADH당 약 2.5 ATP, FADH2당 약 1.5 ATP 생산에 기여함 |
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[56강] 세포 호흡의 조절, 왕복장치의 역할
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세포 호흡의 조절과 왕복장치(글리세롤 3-인산, ATP-ADP, 인산 운반)
• 세포 호흡 조절 인자: 에너지 부하(ATP/ADP 비)와 NADH/NAD+ 비율에 따른 전자전달계·시트르산 회로 속도 연동 조절, NAD+·FAD 재생 여부에 따른 TCA 조절 단계 제어 • 미토콘드리아 막과 왕복장치: 내막 비투과성으로 인한 세포질–기질 간 NADH·ATP·ADP·Pi 직접 이동 차단, 이를 보완하는 글리세롤 3-인산 왕복장치·ATP-ADP 자리 옮김 효소·인산 운반체의 선택적 수송 구조 • 글리세롤 3-인산·ATP-ADP·인산 운반체 기능: 세포질 NADH 전자를 DHAP·글리세롤 3-인산·FADH2 경로를 통해 복합체 II로 전달(1.5 ATP/분자), ATP-ADP 교환과 Pi 유입을 통해 기질에서 합성된 ATP를 세포질로 공급하고 ADP·Pi를 회수하는 에너지 순환 시스템 형성 |
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[57강] 포도당의 완전 산화
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포도당 완전 산화와 산화적 인산화 정리 (ATP 수득)
• 포도당 완전 산화 경로: 해당과정·피루브산 탈카르복실화·시트르산 회로·전자전달계와 산화적 인산화를 통해 포도당 1분자당 CO2·H2O와 함께 기질적 인산화 4 ATP + 산화적 인산화 약 26 ATP ≈ 총 30 ATP 생성 • NADH·FADH2 생성 및 ATP 환산: 해당과정(세포질 NADH 2, 순 ATP 2)·피루브산→아세틸 CoA(NADH 2)·시트르산 회로(NADH 6, FADH2 2, ATP 2)에서 생성된 환원당을 미토콘드리아 전자전달계로 전달해 기질 NADH당 약 2.5 ATP, FADH2/세포질 NADH(글리세롤 3-인산 왕복장치)당 약 1.5 ATP로 환산 • 산화적 인산화와 양성자 동력: 전자전달계 복합체 I·III·IV의 H+ 펌핑과 복합체 II·CoQ·시토크롬 c를 통한 전자 이동으로 ΔpH + 막전위로 구성된 양성자 동력 형성, ATP 합성효소를 통한 H+ 역류로 ADP + Pi → ATP 합성 매개하며 NADH·FADH2 전자 경로 차이로 ATP 수득량 결정 |
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안덕준 교수님
생화학Ⅰ
