[생물학] 미토콘드리아의 생리

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레포트 > 자연계열
2010.04.16
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소개글

[생물학] 미토콘드리아의 생리에 대한 자료입니다.

서론
미토콘드리아으 에너지학
화학삼투설
미토콘드리아의 수소이온 순환 (proton cycle)
Malate- Aspartate shuttle
무기인산, ADP,ATP,음이온 기질의 운반
미토콘드리아의 단백질 수송
미토콘드리아의 칼슘 동역학 (Ca2+ -dynamics)
미토콘드리아의 칼륨이온 순환(potassium cycle)
미토콘드리아의 음이온 통로
결론
The mitochondrial permeability transition (MPT)

본문내용

심근의 경우 ATP 수요에 맞춰 호기성 호흡에 의한 ATP 합성을 최대 8~10배까지 올릴 수 있다. 이는 매우 즉각적이어서 시시각각으로 변하는 ATP의 수요를 맞춰줄 수 있을 정도이다. 즉, 짧은 시간 동안에도 ATP 분해로 인한 세포질내 ADP 증가가 ATP 합성에 의한 미토콘드리아 matrix내 ADP 감소와 정확히 일치하는 것이다. 근원섬유의 수축, 이완 빈도가 올라가면서 세포질 ATPase에 의한 ATP 분해산물인 ADP가 증가하면 이러한 변화가 미토콘드리아의 matrix에 바로 반영된다는 것을 의미한다. 근원섬유의 수축, 이완 빈도가 증가할 때 세포질의 칼슘농도도 올라가는데, 이때 세포질의 칼슘이온이 미토콘드리아내로 들어가 ATPase 및 tricarboxylic acid cycle의 효소활성을 증가시켜 ATP 수요를 맞춰줄 가능성도 고려할 수 있지만 이는 시간적으로 그만큼 빠르지 못하여 가능성이 떨어진다. Saks와 공동연구자들은 세포질내 근원섬유(myofibril)에서 미토콘드리아 내막과 외막 사이 공간에 이르는 대사적인 운반로(metabolic channel)가 핵심적인 역할을 한다고 주장하였다6,7. 전체적인 기전을 요약하면 아래와 같다.

그림 4 Metabolic Channeling
심근과 골격근에서 creatine kinase는 두 가지의 isoform으로 존재한다. 하나는 근원섬유 공간(cytoCK)에 존재하고, 또 하나는 내막과 외막 사이의 공간(mitoCK)에 존재한다. Creatine kinase는 다음과 같은 반응식을 가진다.

creatine + ATP ? phosphocreatine + ADP

CytoCK는 근원섬유 공간에 증가된 ADP를 위 반응식에 의해 creatine의 형태로 전환하여 미토콘드리아 내막과 외막 사이의 공간에 전달시킨다. 이렇게 들어온 creatine은 mitoCK와 반응하면서 다시 ADP의 형태로 전환되어 matrix내에 운반된다. 한편 creatine이 인산화되면서 만들어진 phosphocreatine은 다시 근원섬유 공간으로 돌아간다. 결국 수축과 이완빈도의 증가로 세포질 공간에 증가하는 ADP는 creatine 및 phosphocreatine의 형태로 세포질과 미토콘드리아 내막과 외막 사이 공간을 순환하며 ATP 수요를 맞추고 있는 것이다.

세포질에서 해당작용(glycolysis)에 의해 생성된 전자(electrons)는 미토콘드리아 내막의 전자전달계로 전달되면 ATP 합성에 이용될 수 있으나, 미토콘드리아의 내막은 NAD+, NADH 모두에 투과성이 없기 때문에 이를 바로 이용할 수는 없다. 대신 미토콘드리아 내막은 malate-aspartate shuttle을 이용하여 고에너지 전자를 갖는 NADH를 미토콘드리아 내막으로 간접적으로 전달할 수 있다. Malate-aspartate shuttle에 참여하는 미토콘드리아 내막의 운반체는 malate-α-ketoglutarate antiporter와 glutamate-aspartate antiporter가 있다. 전체적인 기전은 다음과 같다. 세포질에서 해당작용에 의해 만들어진 NADH는 oxaloacetate와 반응하여 NAD+가 되고 oxaloacetate는 malate가 된다. Malate는 미토콘드리아 내막의 antiporter에 의해 α-ketoglutarate와 교환되어 matrix쪽으로 운반된다. 여기서 malate는 malate dehydrogenase에 의해 matrix내의 NAD+와 반응하여 oxaloacetate와 NADH가 만들어진다. 이렇게 하여 세포질에 증가된 NADH가 matrix내로 간접적으로 전달되는 것이다. 한편, oxaloacetate는 transaminase에 의해 glutamate와 반응하여 aspartate와 α-ketoglutarate가 된다. 여기서 α-ketoglutarate는 malate와 교환되는 한편, aspartate는 aspartate-glutamate antiporter에 의해 세포질의 glutamate와 교환된다. 세포질로 건너온 α-ketoglutarate와 aspartate는 서로 반응하여 oxaloacetate가 되고 이는 다시 해당작용에서 만들어진 NADH와 반응하여 malate와 NAD+가 만들어지면서 하나의 주기가 완성된다.

그림 5 Malate-Aspartate Shuttle

#미토콘드리아 #ATP #이온 #수소이온 #칼슘이온 #칼슘 #내막 #세포질 #matrix #에너지

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