유산소 대사: 크렙스 회로와 전자전달계
쉽게 말하면
유산소 대사는 세포 속 발전소(미토콘드리아)에서 산소를 써서 탄수화물과 지방을 끝까지 태우는 과정이에요. 느리지만 포도당 하나에서 에너지를 해당과정보다 열 배 넘게 뽑아내요. 마지막 단계에서 산소가 꼭 필요해서, 산소가 없으면 이 발전소가 멈춰요.
시험용 정의
유산소 시스템은 미토콘드리아에서 산소를 이용해 탄수화물·지방(드물게 단백질)을 완전히 분해하는 경로다. ① 피루브산(탄수화물)이나 지방산(베타산화)이 아세틸 CoA가 되고 ② 크렙스 회로에서 CO₂를 내놓으며 NADH·FADH₂를 만들고 ③ 전자전달계에서 전자가 최종적으로 산소와 만나 물이 되면서 ATP 합성효소가 ATP를 만든다(산화적 인산화). 포도당 1분자에서 약 32 ATP(교재에 따라 36~38)를 얻는다.
비유로 이해하기
크렙스 회로는 장작을 태워 뜨거운 물(NADH·FADH₂)을 만드는 보일러, 전자전달계는 그 증기로 터빈을 돌려 전기(ATP)를 만드는 발전기다. 마지막에 전자를 받아 주는 산소가 없으면 발전기가 멈춘다.
자세히
먼저 알아 둘 말
| 말 | 뜻 |
|---|---|
| 아세틸 CoA | 탄수화물(피루브산)과 지방(지방산)이 모두 거쳐 가는 공통 연료 형태. 크렙스 회로의 입구다 |
| NADH·FADH₂ | 연료를 분해할 때 떼어 낸 수소(전자)를 싣고 전자전달계로 가는 운반체. 이 전자가 ATP 생산의 원료가 된다 |
| 전자전달계 | 미토콘드리아 안쪽 막에 늘어선 단백질 사슬. 전자를 차례로 넘기며 나온 에너지로 수소 이온을 막 바깥으로 퍼내고, 그 이온이 ATP 합성효소를 통과해 돌아올 때 ATP가 만들어진다 |
| 산화적 인산화 | 산소를 최종 전자수용체로 써서(산화) ADP에 인산을 붙이는(인산화) 과정. 유산소 ATP의 대부분이 여기서 나온다 |
| 베타산화 | 긴 지방산 사슬을 탄소 2개씩 잘라 아세틸 CoA로 만드는 과정 |
| 미토콘드리아 기질·내막 | 미토콘드리아는 두 겹의 막으로 싸여 있다. 가장 안쪽 공간이 기질(크렙스 회로·베타산화), 안쪽 막이 내막(전자전달계)이다 |
세 단계 요약
| 단계 | 장소 | 들어가는 것 | 나오는 것 |
|---|---|---|---|
| 베타산화(지방) | 미토콘드리아 기질 | 지방산 | 아세틸 CoA, NADH, FADH₂ |
| 크렙스 회로(TCA 회로) | 미토콘드리아 기질 | 아세틸 CoA | CO₂, NADH, FADH₂, ATP(GTP) 소량 |
| 전자전달계 | 미토콘드리아 내막 | NADH, FADH₂, O₂ | ATP 대량, H₂O |
ATP 수 계산(최신 기준)
- NADH 1개 ≈ 2.5 ATP, FADH₂ 1개 ≈ 1.5 ATP
- 포도당 1분자 ≈ 32 ATP, 글리코겐 1단위 ≈ 33 ATP
- 지방산(팔미트산, C16) 1분자 ≈ 106 ATP. 지방은 에너지가 많지만 같은 ATP를 만드는 데 산소가 더 들어서 고강도에서는 탄수화물이 주 연료가 된다
- 오래된 교재는 NADH 3, FADH₂ 2로 계산해 포도당 36~38 ATP로 적는다. 시험에서는 보기 속 기준을 확인하자
연료 선택
안정 시와 저강도에서는 지방 비중이 크고, 강도가 오를수록 탄수화물 비중이 커진다. 오래 운동하면 글리코겐이 줄어 지방 비중이 다시 커진다. 단백질은 보통 에너지의 5% 안팎(길고 힘든 운동에서 최대 10~15%)만 담당한다.
시험에 이렇게 나와요
- 크렙스 회로와 전자전달계는 미토콘드리아에서 일어난다
- 전자전달계의 마지막 전자 수용체 → 산소(물 생성)
- 지방은 베타산화로 아세틸 CoA가 되어 크렙스 회로로 들어간다
출제기준·표준 교재 기반
확인 문제
Q1. 유산소 대사에서 ATP가 가장 많이 만들어지는 단계는?
- 전자전달계(산화적 인산화)
- 크렙스 회로
- 베타산화
- 해당과정
정답 보기
1번 전자전달계(산화적 인산화)
크렙스 회로는 ATP를 직접 조금만 만들고, 대신 NADH·FADH₂에 수소(전자)를 실어 보낸다. 이 전자가 전자전달계를 지나며 대부분의 ATP가 만들어진다.
Q2. 전자전달계에서 전자를 최종적으로 받는 물질은?
- 이산화탄소
- NAD⁺
- 피루브산
- 산소
정답 보기
4번 산소
산소가 최종 전자수용체. 전자와 수소를 받아 물이 된다.
Q3. 지방산이 아세틸 CoA로 분해되는 과정은?
- 베타산화
- 글리코겐 분해
- 해당과정
- 코리 회로
정답 보기
1번 베타산화
베타산화(β-oxidation), 미토콘드리아 기질에서 일어난다.
Q4. 크렙스 회로의 주된 역할로 옳은 것은?
- 산소를 물로 바꾼다
- 젖산을 포도당으로 바꾼다
- ATP를 대량으로 직접 만든다
- NADH와 FADH₂를 만들어 전자전달계에 전자를 공급한다
정답 보기
4번 NADH와 FADH₂를 만들어 전자전달계에 전자를 공급한다
크렙스 회로는 전자 운반체를 채우는 단계다. ATP는 GTP 형태로 소량만 생긴다.
헷갈리기 쉬운 O·X
크렙스 회로와 전자전달계는 세포질에서 일어난다.
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X 모두 미토콘드리아. 세포질에서 일어나는 건 해당과정.
같은 양의 ATP를 만들 때 지방은 탄수화물보다 산소가 더 많이 든다.
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O 그래서 고강도에서는 탄수화물이 선호된다.
단백질은 운동 중 에너지의 절반 이상을 담당한다.
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X 보통 5% 안팎, 길고 힘든 운동에서도 10~15% 이하.