세포호흡 시 NADH가 FADH2보다 더 많은 ATP를 생성하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 세포호흡 시 전자운반체인 NADH가 2.5ATP로 1.5ATP를 생성하는 FADH2보다 더 많은 ATP를 생성하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
NADH는 전자를 복합체1에서 3, 4로 전달하며 수소이온을 10개정도 펌핑하고 ATP합성을 강하게 유도합니다.
반면에 FADH2는 복합체2에서 3, 4 경로로 들어가서 복합체 1을 우회하기때문에 펌핑되는 수소이온이 적어서 ATP생성량이 상대적으로 낮습니다.
감사합니다.
NADH가 FADH2보다 더 많은 ATP를 생성할 수 있는 것은 전자전달계에 전자를 전달하는 지점이 다르기 때문입니다.
NADH는 미토콘드리아 내막의 전자전달계 복합체 1에 전자를 전달합니다. 이 전자는 복합체 1, 3, 6을 순서대로 거치면서 에너지를 방출하고, 이 에너지를 이용해 3개의 양성자 펌프가 미토콘드리아 기질에서 막간 공간으로 양성자를 능동 수송합니다.
반면 FADH2는 복합체 1을 건너뛰고 복합체 2에 전자를 전달합니다. 따라서 전자가 복합체 3과 4만을 거치게 되어, NADH와 달리 복합체 1에서는 양성자를 펌프질하지 않습니다. 결과적으로 2개의 양성자 펌프만 작동하게 됩니다.
ATP는 양성자의 농도 기울기를 이용해 ATP 합성효소에서 만들어집니다.
NADH의 전자는 3개의 양성자 펌프를 작동시켜 더 많은 양성자 기울기를 형성하는 반면, FADH2의 전자는 2개의 양성자 펌프만 작동시키므로 NADH보다 적은 양성자 기울기를 형성합니다.
그래서 더 높은 양성자 기울기는 ATP 합성효소를 더 많이 작동시켜 더 많은 ATP를 생성하는 것입니다.
안녕하세요. 김채원 전문가입니다.
NADH는 전자를 전자전달계 복합체1부터 전달해서 더 많은 양성자를 미토콘드리아 내막을 가로질러서 펌핑하기때문에 ATP 합성이 더 크게 일어날 수 있습니다.
반면에 FADH2는 복합체2에서 진입해서 초기 양성자 펌핑을 거치치않기때문에 총 양성자 기울기가 작아져 ATP생성량이 적다고 할 수 있습니다.
NADH가 FADH2보다 더 많은 ATP를 생성하는 원리는 미토콘드리아 내막의 전자 전달계에서 전자를 전달하는 위치의 차이 때문입니다. NADH는 전자 전달계의 복합체 I에서 전자를 전달하며, 이 과정에서 더 많은 양성자(H+)를 막간 공간으로 펌핑하여 더 큰 양성자 농도 기울기를 형성합니다. 반면, FADH2는 복합체 II에서 전자를 전달하므로 복합체 I에서 발생하는 양성자 펌핑 과정을 거치지 못해 NADH보다 적은 수의 양성자를 펌핑합니다. 이처럼 형성된 양성자 농도 기울기의 크기 차이가 ATP 합성 효소를 통해 생성되는 ATP의 양을 결정하기 때문에 NADH가 FADH2보다 더 많은 ATP를 만들게 됩니다.
안녕하세요.
세포호흡에서 NADH가 FADH₂보다 더 많은 ATP를 생성하는 원리는, 두 전자전달체가 전자전달계(ETC)에서 어디에 전자를 전달하는지에 따라 달라지는 것인데요, NADH는 전자를 전자전달계 복합체 1인 NADH탈수소효소 복합체에 전달하며, 이때부터 전자가 복합체 1 → 복합체 3 → 복합체 4를 거치며 흐르고, 그 과정에서 프로톤(H⁺) 펌핑이 총 10개 일어납니다. 반면에 FADH₂는 전자를 복합체 2번인 숙신산 탈수소효소복합체에 전달합니다. 복합체 2는 막을 가로질러 H⁺를 펌핑하지 않기 때문에, FADH₂는 복합체 1을 우회하여 복합체 2→ CoQ → 복합체 3→ 복합체 4의 경로를 거치며 따라서 H⁺ 펌핑은 6개밖에 일어나지 않습니다. 전자전달계에서 H⁺가 미토콘드리아 기질에서 막간공간으로 이동하면서 전기화학적 기울기가 형성되며 ATP 합성효소(ATP synthase)는 약 4개의 H⁺가 들어올 때 1개의 ATP를 합성합니다. 이때 NADH는 10 H⁺ → 10 ÷ 4 ≈ 2.5 ATP를 생성하는 것이며 FADH₂는 6 H⁺ → 6 ÷ 4 ≈ 1.5 ATP를 생성하는 것입니다. 감사합니다.