ATP의 합성방법과 인간의 에너지 대사

Ernst Schule Internationale

학 년 12

이 름 김동옥

2019. 10. 30  

ATP의 합성과 인간의 에너지 대사

지도교사  유   경   선

이 Essay를 프리젠테이션 연구 보고서로 제출함

2019년  10월     30일

Ernst Schule Internationale

12학 년  김   동   옥

목    차

Ⅰ. 서론..................................................................................................4

  1.연구목적 ...............................................................................................................4

  2.연구방법 ...............................................................................................................4

Ⅱ. 세포 ...............................................................................................5

   1. 세포의 이해.........................................................................................................5

   2. 만능세포 ............................................................................................................5

Ⅲ. 물질대사 .........................................................................................6

    1. 물질대사 ..........................................................................................................6

    2. 1소화 ...............................................................................................................6

Ⅳ. 미토콘드리아와 ATP ........................................................................7

   1. 미토콘드리아와 ATP.............................................................................................7

   2. ATP ..................................................................................................................7

   3. 세포호흡..............................................................................................................8

Ⅴ. 결론 ...............................................................................................9

I. 서론

1.연구목적

우리의 몸이 근본적으로 어떻게 활동 할 수 있는지 어떻게 생명을 유지 하며 살아 갈수 있는지 그것의 근본적인 힘은 어디서 나오는 것인가에 대하여 호기심을 가지는 것은 지극히 자연스러운 일이다 이번 에세이에서는 그 근본적인 호기심을 해결하기 위해 연구를 진행하게 되었다 이번 연구를 통해 그 호기심을 해결하는데 조금이나마 도움이 되었으면 좋겠다

2.연구방법

연구를 진행하기에 앞서 여러 참고서와 인터넷과 선생님들의 조언을 주로 사용 하였다. 연구를 진행 하면서 책에 있는 내용을 요약해서 정리하는 것이 아닌 누구나 이해 할 수 있도록 내용을 쉽게 설명하는데 집중했다 먼저 대사과정은 주로 참고서를 많이 활용 했고 가장 중요한 ATP의 합성은 인터넷과 선생님들의 조언을 주로 활용 하고 그 내용을 이해하고 다른 사람에게 전달하는데 중심을 두었다.

II. 세포

1.세포의 이해

우리 지구상에 존재 하는 생명체는 모두 세포의 집합체이다. 우리의 몸을 구성하고 있는 것또한 세포의 집합체이며 다른 동식물 또한 마찬가지이다. 세포라는 매우 작은 기본적인 단위가 모여서 인체를 구성 하는데 각각 세포마다 종류가 있다 예를 들어 우리가 볼 수 있는 근육은 근육세포들이 모여서 우리가 육안으로 볼 수 있는 단단한 덩어리를 형성 한다 근육뿐만이 아니라 혈관, 신경 등등 각각 필요한 세포로 분화 하고 그것들이 한 대 모이면 조직된다 또한 이런 조직 들이 모이면 하나의 장기가 되고 장기가 모여 비로소 개체가 된다.  또한 세포 안에는 세포 소기관이란 것이 있다 세포 소기관은 각각 다른 기능들을 가지고 있으며 세포의 생명활동 즉 인간의 생명활동에 큰 영향을 미친다. 세포 소기관은 핵,미코콘드리아,중심체,리소좀,골지체,리보솜,매끈면 소포체, 거친면 소포체, 세포막으로 이루어져 있다. 각자가 맞은 역할들이 있지만 이번 에세이에서는 세포소기관 중 미토콘드리아에 대해서만 이야기 하겠다.

2. 만능세포

이것을 줄기세포라고 한다 줄기세포는 아직 분화 되지 않은 세포이다 하지만  이것을 생명과학 쪽으로 여러 조건을 맞추어 준다면 여러 가지의 세포로 분화 할 수 있는 것이다 또한 줄기세포와 같이 한창 연구가 진행 중인 것이 있는데 바로 배아줄기세포이다 말 그대로 배아 상태에서 발생과정을 거치고 있는 세포를 말하는데 이 배아줄기세포는 정말 어떤 세포든 다양하게 모든 조직으로 분화될 수 있다 만약 이것을 인간이 완벽하게 정복한다면 신의 영역에 들어오게 되는 것이다 다리가 잘려도 배아줄기세포로 해결할 수 있고 시각, 청각 장애를 포함하여 정말 광범위 하게 이용될 수 있는 엄청난 세포이다.

Ⅲ.물질대사

1.물질대사

대사라는 말은 조금 생소할 것이다 하지만 간단하게 설명하면 분해하고 합성한다는 뜻이다 즉 우리의 몸에 필요로 생명유지에 필요한 물질들을 분해하여 사용하기도 하고 또 합성하여 사용하기도 한다. 물질대사에는 동화작용과 이화작용 이렇게 2가지 종류가 있다 먼저 동화작용은 저분자 물질에서 고분자 물질로 합성하는 현상이다 이때 물질을 합성하면서 흡열 반응이라는 에너지 흡수가 일어난다 대표적인 예로는 광합성과 단백질 합성이 있다. 이화작용은 동화작용과는 반대로 고분자 물질에서 저분자 물질로 분해하는 현상이다 이때 물질을 분해하면서 동화작용과는 반대로 발열반응이라는 에너지 방출 이 일어난다 대표적인 예로는 세포호흡과 소화가 있다

2.소화

소화라는 단어는 매우 익숙한 단어일 것이다 우리가 이 에세이에서 알고자 하는 ATP의 합성과 에너지 대사에서 가장 잘 이해해야 하는 부분 중 하나가 소화이다 우리인간과 동물들은 생활하는 에너지를 만들기 위해서는 음식물을 섭취해야만 한다 너무 나도 당연한 이야기 이지만 그 속에 들어 가보면 우리가 알고 있는 것 보다는 더욱 체계적이고 복잡하다. 먼저 소화라는 것 자체가 분해하고 합성하는 과정이다 즉 소화가 물질대사라는 뜻이다. 우리가 음식물을 먹으면 먼저 입안에서 아밀레제와 치아를 이용해 음식물을 작게 부셔서 위로 보내게 된다 그리고 위에서 더 잘게 소화시키기 위해서 위액을 분비하고 그다음 십이지장으로 음식물을 보내며 췌장액 담즙 등으로 소화를 시킨다 이런 과정을 거쳐 3대 영양소인 탄수화물, 지방, 단백질 등으로 소화가 된다 이것들은 소장을 지나면서 우리 몸에 흡수 되는데 우리 몸은 이것 등을 분해 합성 하여 이용하는 것이다 

Ⅳ. 미토콘드리아와 ATP

1.미토콘드리아와 ATP

우선 ATP에 대하여 먼저 설명을 하기 전에 앞서 ‘세포의 이해’에서 설명한 세포 소기관 중  미토콘드리아에 대하여 간략 하게 알아야 한다. 미토콘드리아에서는 앞에 ‘대사’에서 설명한 이화작용을 잘 이해해야한다. 이화작용이란 고분자 물질을 저분자 물질로 분해하는 것을 말하는데 이것이 미토콘드리아와 ATP에 어떠한 관련이 있는지 알아보자 먼저 미토콘드리아에서는 세포호흡이 일어나는 장소이고 우리가 살아가는데 필요한 에너지인 ATP를 생성하는 곳이 바로 미토콘드리아 이다. 미토콘드리아에 대해서는 이정도의 개념을 기억하고 다음에는 세포호흡과 ATP가 무엇인지에 대해 설명하겠다.

2. ATP

ATP란 Adenosin tri phosphate 이다 먼저 Adenosin은 Adenine과 Ribose를 합쳐서 Adenosin 이라고 한다 즉 Adenosin 에 인산이 3개 붙어있다고 생각하면 된다.Adenosin 에 한 개의 인산이 결합되는 것은 그리 어려운 일이 아니다 하지만 인산이 두 개 이상 결합될 때에는 조금 어려워진다 그 이유는 인산은 음이온을 띄기 때문이다 음이온끼리 만나면 서로를 밀어내려는 성질이 있기 때문에 결합하기가 어렵다. 결합하기가 어렵지만 결합이 되어 있다는 것은 그만큼 에너지를 가지고 있다는 뜻이다. 계속해서 결합되기 어렵다고 표현을 하긴 했지만 인산은 분자적으로 불완전하기 때문에 결국에는 결합과 분해를 쉽게 할 수 있다. 위에서 설명했드시 ATP는 Adenosin 에 인산이 3개 결합된 형태라고 했다 여기서 우리가 쓰는 에너지는 인산이 하나 분해 될 때 마나 나오는 에너지로 생활을 할 수 있는 것이다 인산이 3개에서 2개로 될 때 즉 인산 1개가 떨어져 나갈 때 대략 7.3kcal리가 생성된다. ATP는 인산이 3개 붙어있는 형태 이고 인산이 2개 붙어있는 형태는 Adenosine die phosphate (ADP)라고 하고 인산이 1개가 붙어있는 형태를  Adenosine mono phosphate  (AMP)라고 한다 이렇게 인산이 1나씩 떨어져 나갈 때 마다 에너지를 얻고 ATP에서 인산을 소비한 형태인 ADP AMP 에서는 인산을 하나 또는 두 개를 보충하여 다시 ATP형태로 돌아온다

3.세포호흡

세포호흡을 설명하기 앞서 ‘미토콘드리아와 ATP’에서 말했던 것처럼 이화작용을 잘이 해해야 한다. 우리가 음식물을 먹으면 탄수화물, 지방, 단백질 등으로 소화가 된다 이때 탄수화물은 포도당으로 분해가 된다 이때 ATP를 합성하려면 먼저 포도당을 분해해야 한다 그 이유는 포도당은 고분자 물질이기 때문에 미토콘드리아에서 받아들일 수가 없다 .포도당을 분해하면 탄소와 무리된다 이렇게 분해 된 것들은 전자에 의해 이동을 하게 되고  삼투압 현상으로 미토콘드리로 들어가 ATP를 합성하게 되는 것이다. ATP 에서 설명했듯이 Adenosine에 인산이 3개 붙은 것을 ATP라고 했다 여기서 인산이 하나 떨어져 나갈 때 만다 그겟수에 따라 ADP,AMP라고 부른다고 설명했다. 이렇게 인산이 한 개가 빠져 나갈 때 bonding energy가 나오는데 이것이 우리가 사용하는 에너지인 것이다. 이렇게 인산이 1개 또는 2개 없어진 ADP,AMP는 다시 산화적 인산화,기질수준 인산화를 통해 다신 인산을 공급 받아 ATP의 형태로 돌아온다 산 화적 인사화란 산소를 이용하여 다시 인산을 합성하는 방법이다 또한 기질수준 인산화에서 기(基)라는 것은 즉 기본이 되는 것 이라고 생각 하면 이해하기 편하다 어떠한 큰 덩어리와 작은 덩어리가 있는데 큰 덩어리가 기본이 되는 몰려다니는 그런 것들  이다 즉 기질수준 인산화란 기준이 되는 기본이 되는 큰 덩어리에 작은 덩어리가 붙어서 다시 ATP를 합성하는 방법 이다. 또한 인 이라는 성분은 물에 녹지 않고 물질들을 연결해 주는 것이다. 그렇다면 인을 얻을 수 있는 방법을 알아보자 인을 얻을 수 있는 방법은 2가지 정도가 있는데 첫 번째는 지방을 분해 하는 것이다 지방이라는 뭉쳐있는 물질을 연결 해주는 것이  ‘인’이다 이렇게 지방을 분해함으로써 지방을 연결해주는 인을 얻을 수 있다 하지만 장단점이 존재 한다 지방의 경우 인을 많이 얻을 수는 있지만 인을 얻는 속도가 느리다. 두 번째 방법은 포도당을 분해 하는 것이다 포도당 또한 인으로 연결되어 있는데 포도당을 분해 해주어서 인을 얻을 수 있다 이것 역시 장단점이 존재 한다 인을 얻는 속도는 빠르지만 인을 많이 얻을 수는 없다. 이렇게 ATP에서 ADP, AMP 로 변하고 다시 ADP,AMP에서 ATP로 변화 하여 계속해서 우리는 에너지를 공급 받을 수 있다 이것을 세포 호흡이라고 한다.

Ⅴ.결론

지금까지 생명체가 어떻게 힘을 얻어 활동 할 수 있는가에 대한 근본적인 호기심에 대해 설명했다. 우리들은 에너지를 얻기 위해 외부에서 음식물을 섭취해야 하고 섭취한 에너지는 대사라는 소화과정을 거쳐 분해되고 그것을 우리 세포에서 받아들일 수 있는 크기로 작게 분해되고 그 분해된 것들을 합성하여 에너지를 만든다. 위에 공부한 내용을 아주 간략하게 정리해보았다 위에 내용에서 자세하게 공부한 내용을 생각하며 자세히 들어가 보면 이해하기 쉬울 것이다 또한 생명체에 대해 조금 더 깊이 이해 할 수 있을 것이라 생각이 든다. 조금 어려운 주제로 생각할 수는 있지만 이렇게 하나하나 이해하면서 들어 가보면 결국에는 그 흐름을 이해 할 수 있어 오히려 더 쉽게 다가 올 것이다