ATP와 전자운반체
⑴ ATP(adenosine triphosphate)
아데노신 삼인산(ATP)은 근육 수축, 신경 세포에서 흥분의 전도, 물질 합성 등 살아있는 세포에서 다양한 생명 활동을 수행하기 위해 에너지를 공급하는 유기 화합물이다. 모든 생명체에서 발견되는 ATP는 종종 세포 내 에너지 전달의 "분자 단위의 에너지 화폐"라고 불린다. 대사 과정에서 ATP가 소비되면 아데노신 이인산(ADP) 또는 아데노신 일인산(AMP)으로 전환된다. 다른 대사 과정들은 인체가 매일 생명활동에 쓰이는 ATP를 충당할 수 있도록 ATP를 재생한다. 또한, ATP는 DNA와 RNA의 전구물질이며, 조효소로도 사용된다.
생화학의 관점에서 ATP는 뉴클레오사이드 삼인산으로 분류되며, 아데닌(질소 염기), 리보스(5탄당), 삼인산의 세 가지 성분으로 구성되어 있다.
① 인산화에 의한 단백질 입체구조 변화를 통해 기계적 일, 물질수송, 화학반응(짝 반응 분자)을 수행
② 구조
○ 아데닌 + 리보오스 + 인산 3 분자
○ 고에너지 인산 결합 : 인산(음전하)의 정전기적 반발력으로 에너지 함량이 많고 불안정하기 때문에 쉽게 가수분해되어 다량의 에너지 방출(7.3 kcal/mol)
○ ATP ⇄ ADP + Pi (phosphate), K = 1.5 × 105
③ 인산화의 종류
○ 종류 1. 기질 수준의 인산화 : 해당과정 등
○ 종류 2. 광인산화 : 박테리오 로돕신 등
○ 종류 3. 산화적 인산화 : 전자전달계에 의한 인산화 등
⑵ NAD+(nicotinamide adenine dinucleotide) : 산화 반응의 조효소, 세포호흡 관여
니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드(NAD)는 모든 살아있는 세포에서 발견되는 보조 인자이다. NAD는 인산기를 통해 결합된 두 개의 뉴클레오타이드로 구성되어 있기 때문에 다이뉴클레오타이드라고 불린다. 뉴클레오타이드 중 하나는 아데닌 핵염기를 가지고, 다른 하나는 니코틴아마이드를 가지고 있다. NAD는 산화형과 환원형의 두 가지 형태로 존재하며, 산화형은 NAD+, 환원형은 NADH로 약칭된다.
물질대사에서 NAD는 산화환원 반응에 관여하며, 한 반응에서 다른 반응으로 전자를 전달한다. 따라서 NAD는 세포에서 두 가지 형태로 발견된다. NAD+는 산화제로서 다른 분자로부터 전자를 받아서 환원된다. 환원된 NAD+는 NADH가 되어 전자를 공여할 수 있는 환원제로 사용될 수 있다. 이러한 전자전달 반응은 NAD의 주요 기능이다. 또한 이것은 다른 세포 과정에서도 사용되며, 특히 번역 후 변형에서 단백질로부터 작용기를 추가하거나 제거하는 효소들의 기질에 사용된다. 이러한 기능의 중요성 때문에 NAD 대사에 관여하는 효소들은 신약 개발의 표적이 된다.
생물체에서 NAD는 아미노산인 트립토판이나 아스파르트산으로부터 합성될 수 있다. 다른 방식으로 조효소의 보다 복잡한 구성 성분들이 니아신처럼 음식물로부터 섭취된다. 유사한 화합물들이 NAD의 구조를 파괴하는 반응에 의해 방출된다. 그런 다음 이들 예비 화합물들은 회수 경로(salvage pathway)를 거치면서 활성형으로 재활용된다. 일부 NAD는 니코틴아마이드 아데닌 다이뉴클레오타이드 인산(NADP)으로 전환된다. NADP는 NAD와 비슷하지만, 물질대사에서 다른 역할을 수행한다.
NAD+는 특정 질소 원자에 대한 형식 전하 때문에 위첨자 "+"로 표기되었지만, 생리학적 pH에서 대부분은 1가 음이온이고, NADH는 2개의 연결된 인산기 때문에 2가 음이온이다.
① 아데닌 + 2 리보오스 + 니코틴 아마이드기
○ Niacin(비타민 B2) 유도체
② NAD+ + H2 ⇄ NADH + H+
○ NAD+ 1분자는 수소원자 1개와 전자 1개를 운반
○ 즉, 수소이온 1개와 전자 2개를 운반
③ 메커니즘 : 친핵성 방향족 첨가반응과 hydride shift
⑶ NADP+(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) : 동화 반응의 조효소, 광합성 관여
① 간세포 세포질에서는 [NADPH] / [NADP+]가 [NADH] / [NAD+]보다 큼
⑷ FAD(Falvin amide dinucleotide)
① FAD + 2H ⇄ NADH2