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요약 생물이 섭취한 음식물 분자와 산소를 결합시켜 생명활동에 필요한 화학 에너지로 전환하고, 이산화탄소와 물을 노폐물로 내보내는 과정.
산소 없이 영양소를 분해하는 과정을 발효라고 한다.
영양소를 분해하는 목적 중의 하나는 음식물 속에 들어 있는 에너지를 에너지가 풍부한 화합물인 아데노신삼인산(adenosine triphosphate/ATP)으로 보존하는 것이다.
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동물세포의 세포호흡과 에너지 보존에 관련된 각 단계에서 촉매작용을 하는 효소는 고도로 조직화된 막대 모양의 미토콘드리아에 존재한다. 미생물의 경우 효소들은 세포막에 존재한다. 1개의 간(肝)세포에는 약 1,000개의 미토콘드리아가 있으며, 몇몇 척추동물의 큰 난세포에는 약 20만 개의 미토콘드리아가 있다.
대부분의 경우 주요음식물(탄수화물·지방·단백질)은 2탄소 분자 조각(아세틸기)으로 분해되어 에너지 생성과정에 이용되는데, 아세틸기는 아세틸 조효소 A(acetyl coenzyme A)와 결합하여 TCA 회로(tricarboxylic acid cycle)로 들어간다. TCA 회로에서 떨어져나온 1쌍의 수소원자는 시토크롬(철을 함유하는 헴 단백질) 과정을 거치면서 2개의 전자를 제공하는데, 이 2개의 전자는 산소원자 하나를 환원시켜 물분자 하나를 만든다. 2개의 전자(전자 1쌍)가 산소에 전달되면서 3분자의 ATP가 만들어진다는 사실은 1951년에 발견되었다.
산화적인산화라고 하는 이 과정은 음식물에 들어 있는 많은 양의 에너지를 세포로 하여금 보존하고 사용할 수 있게 하는 중요한 메커니즘이다. TCA 회로에서 생성되어나온 전자는 산소와 결합하기까지 여러 단계를 거치면서 에너지 수준이 점차적으로 낮아진다.
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