에너지를 얻는 방법 (식물편)

* 식물 잎의 구조

큐티클 - 위표피 - 책상엽육세포 - 잎맥(관다발, 유관속초세포, 해면엽육세포) - 아래표피 - 큐티클(기공)

엽육세포에 엽록체가 많이 포함되어 있음

엽록체는 외막, 내막, 스트로마, 틸라코이드로 구분해볼 수 있다

* 그래서 어떻게 에너지를 얻는가?

# 명반응 : 빛으로 ATP, NADPH를 만들어보자

틸라코이드 내막에는 여러 유기분자 복합체들이 박혀있음 (광계 I, 시토크롬 bf, 광계 II, 플라스토퀴논, **플라스토사이아닌** 등)

- 비순환적 광인산화

광계 I에 있는 안테나 복합체는 다양한 빛을 흡수할 수 있도록 여러 색소(카로티노이드, 엽록소a, 엽록소b)가 포함되어있다. 얘네들이 빛을 받으면 형광현상이 일어나서 더 긴 파장의 빛을 뿜어내는데 최종적으로 반응중심에 위치한 P680으로 불리는 엽록소a로 680nm 파장의 빛이 모인다(엑시톤 전달). 그러면 얘가 가지고 있던 전자를 쁑하고 발사하는데 이건 플라스토퀴논이라는 유비퀴닌 비슷한 친구한테 가게 된다. 이때 플라스토퀴논은 스트로마에 있는 양성자를 가져간다. 그리고 광계 I은 전자를 재장전하기 위해서 물을 분해(H20 -> 2H^+ + O + e)해서 전자를 가져간다. 플라스토퀴논은 전자, 양성자를 시토크롬 bf한테 전달하고 시토크롬은 양성자를 틸라코이드 내부로 버린다. 시토크롬은 전자를 다시 단백질로 이루어진 플라스토사이아닌한테 넘기고 플라스토사이아닌은 그걸 광계 II한테 전달하는데 광계 II는 광계 I이랑 비슷하게 빛을 받아서 P700으로 불리는 엽록소a가 전자를 쁑쏴서 재장전할 때 전자를 받는다. 광계 I이 쏘는 전자는 페레독신한테 가는데 페레독신은 다시 페레독신-NADPH 디하이드로제네이스한테 전자를 넘기고 그 효소는 NADP를 NADPH로 바꾼다. 그리고 생성된 수소이온농도기울기로 FOF1 복합체(3개 썼었나)를 돌려서 ATP를 만든다. 이때 NADPH랑 ATP는 모두 스트로마에 생성된다. 

cf) 

녹조류 : 엽록소a, b

갈조류 : 엽록소a, c

홍조류 : 엽록소a, d

- 순환적 광인산화

암반응(켈빈회로)을 진행하면서 ATP 소모와 NADPH 소모의 비가 3:2라서 NADPH가 쌓여서 NADP가 고갈될 가능성이 있다. 그래서 ATP를 만들기 위한 작용이 필요하다. 우선 페레독신이 페레독신-NADPH 디하이드로제네이스가 작동을 못해서 전자를 보낼 수 없으면 그걸 시토크롬bf 한테 넘긴다. 시토크롬 bf는 가끔 전자를 플라스토퀴논한테 넘기는데 이때 스트로마에 있는 양성자도 같이 투입되기 때문에 수소이온농도기울기가 형성되고 이걸로 ATP를 만든다.

input : 빛; output : ATP, NADPH. O2

# 암반응(켈빈회로) : 이산화탄소로 포도당을 만들자

CO2 6개 + RuBP(1,6양인산-리불로스)(5C) 6개 ->(루비스코; 하나씩 붙임) 3-PGA 12개 (ATP 12개)-> 1,3-BPG 12개 (NADPH 12개)-> PGAL 12개

PGAL 2개 -> DHAP -> 1,6양인산 프럭토스 -> 6인산 프럭토스 -> 6인산 글루코스 -> D-글루코스

PGAL 10개  ->(ATP 6개) RuBP 6개

input : CO2 6개, RuBP 6개, ATP 18개, NADPH 12개; output : 포도당, RuBP 6개

 루비스코 활성화 효소가 빛에 의해서 활성화되기 때문에 사실 '어두운 곳'에서 일어날 수 있는 '암반응'이 아님

# 광호흡 : CO2/O2 비율이 너무 낮거나 온도가 높을 때 일어남

RuBP + O2 ->(루비스코) (3-PGA), 2C짜리 유기물질 -> 퍼옥시좀으로 감 -> 글리신(2C)로 바뀜 -> 미토콘드리아로 이동 -> 글리신 2개가 합쳐져서 세린(3C)랑 CO2, NH2 만들어짐

식물한테 몹시 안좋은 기작임

# 광합성에 영향을 미치는 요인

- 빛 

 광포화점 : 순광합성량이 처음으로 최대가 되는 지점

**보상점** : 호흡량 == 광합성량

총광합성량 = 호흡량 + 순광합성량

분류

    양지식물 : 빛 쌘데서 자라는 식물들로 보상점, 광포화점에 도달하는 빛의 세기가 크고 호흡량도 많음

    음지식물 : 양지식물에 비해 빛이 약한데서 자라는 식물들

- 온도 : 효소에 최적인 온도

- CO2량

* 식물의 종류

# C3

루비스코가 최초 고정을 해서 3-PGA를 만드는 식물

남세균, 원생생물, 일부 식물(적절한 기후에 사는 녀석들)이 여기에 속함

# C4

PEP 카복실레이스가 최초고정을 해서 옥살로 아세트산을 만드는 식물

잎맥의 관다발 주변에 유관속초세포가 발달해있고 그 주변을 해면엽육세포가 감싸고 있는 구조로 돼있음

덥고 건조한데 사는 식물들은 원할 때 기공을 열 수 없는 애로사항이 있음 -> 덜 건조할 때 기공을 열어서 CO2를 들이마심 -> CO2는 엽육세포로 이동함

CO2 + PEP ->(PEP 카복실레이스) 옥살로 아세트산 -> 말산 -> 유관속초세포로 이동 (**NADP**)-> 피루브산, CO2, NADPH

피루브산 (2 ATP)-> PEP

CO2를 말산 형태로 전달하는 일종의 buffer 역할을 한다고 생각하면 될 듯하고 C4 식물들은 켈빈회로가 유관속초세포에만 있음

# CAM

C4식물이랑 비슷한데 좀 더 가버린 놈들 (사막에 사는 선인장같은데서 나타남)

엽육세포에서 말산을 만드는 것까진 같은데 그걸 저녁에 만들고 액포에 저장해놓는다. 그 다음 '엽육세포'에서 CO2, PEP 만들고 암반응(켈빈회로)까지 돌린다.

C4랑 다르게 유관속초세포 발달이 안되어 있음

에너지를 얻는 방법 (미토콘드리아편)

밥을 먹어서 포도당이 소장에서 흡수돼서 혈관을 통해서 간에 가서 간에서 다시 혈관으로 가서 떠돌다가 GLUT을 통해서 필요한 세포에 도달하면 해당과정이 일어나고 그렇게 해서 생긴 피루브산이 핫도그처럼 생긴 미토콘드리아안에 들어가서 TCA회로, 전자전달계, FOF1 복합체를 거쳐서 ATP를 만들어냄

단백질, 지방도 비슷

* 포도당의 산화

 # 해당과정

D-글루코스 (ATP)->(헥소카이네이스) D-6인산-글루코스 -> 6인산-프럭토스 (ATP)->(포스포프럭토카이네이스-1; PFK-1) 1,6양인산-프럭토스 -> 다이하이드록시아세톤; DHAP(->PGAL), 3인산글리세르알데히드; PGAL (무기 인산, NAD)-> 1,3양인산-글리세르산; 1,3-BPG, NADH+H -> 3인산-글리세르산; 3-PGA, (ATP) -> 인산에놀피루브산; PEP ->(피루브산 카이네이스) 피루브산, (ATP) 

input : 글루코스, 2ATP; output : NADH+H, 4ATP, 피루브산 2개

 

 # 해당과정에서 나온 NADH+H의 산화

뇌/근육 : $$FADH_2$$로 바꾼 다음 "글리세롤-3인산 셔틀"에 태워서 미토콘드리아 기질에 보냄

나머지 : NADH 그대로 "말산-아스파르트산 셔틀"에 태워서 미토콘드리아 기질에 보냄 

/* 정확하진 않은데 그 뭐였지 아 맞어 미토콘드리아 외막은 그냥 통과하고 내막을 셔틀이 통과하게 해주는 걸로 알고 있음. 아니 근데 그럼 FADH는 숙신산 디하이드로제네이스가 전자전달계 2번 복합체로 알고 있는데 여기를 안거치고 바로 유비퀴논(코엔자임 Q10)한테 전자, 양성자 넘기는 건가 */

 # TCA 회로 

피루브산(3C) (NAD, CoA-SH(바이타민 B5))->(피루브산 디하이드로제네이스(바이타민 B1이 조효소)) 아세틸-CoA(2C), (NADH, CO2) + 옥살로 아세트산(4C) -> 시트르산(6C) -> 이소시트르산(6C) (NAD)-> 알파케토글루타르산(5C), (NADH, CO2) (NAD, CoA-SH)-> 숙시닐-CoA(4C), (NADH, CO2) -> 숙신산(4C), (GTP(->ATP)) (FAD)->(숙신산 디하이드로제네이스) 푸마르산(4C), (FADH) -> 말산(4C) (NAD)-> 옥살로 아세트산(4C), (NADH) 

input : 피루브산; output : 1ATP, NADH+H 4개, FADH_2 1개 

진짜 피루브산 탄소가 모두 산화되는건 아니지만 옥살로 아세트산의 탄소 2개가 산화되면서 간접적으로 피루브산의 탄소 개수(3개)만큼이 산화됨

cf) 숙신산 디하이드로제네이스는 내막에 박혀있는 내재성 단백질임

 # 전자 전달계

 - NADH+H 처리법 : 복합체 1번{FMN -> Fe-S ptn, (2H^+)} (2H^+)-> 유비퀴논(CoQ) -> 복합체 3번{시토크롬b -> Fe-S ptn, (2H^+)} -> 시토크롬c -> 복합체 4번{시트크롬a) -> 1/2O_2 + 2H^+ 

수소농도기울기 생성 : 복합체 1번(4) + 유비퀴논(2) + 복합체 3번(2) + 복합체 4번(2) = 10

 - FADH_2 처리법 : 복합체 2번(숙신산 디하이드로제네이스) -> 유비퀴논 -> 복합체 3번 -> 시토크롬c -> 복합체 4번 -> 1/2O_2 + 2H^+ 

수소농도기울기 생성 : 복합체 2번(2) + 복합체 3번(2) + 복합체 4번(2) = 6

 # 수소농도기울기의 활용

- 산화적 인산화

- 피루브산 수송

- 써모제닌(짝풀림 단백질)으로 열 발생 : 갈색지방세포에 있음

 # 산화적 인산화(화학삼투 인산화) : FOF1 복합체로 물레방아를 돌리자

수소농도기울기 4개 당 1ATP 만들어냄

NADH+H : 2.5ATP

FADH_2 : 1.5ATP

 # 전자 전달계의 저해제

 - 일산화탄소, 시안화물 : 복합체 4번의 시토크롬a가 전자를 산소, 양성자한테 못 넘기게 함

(파이프라인의 한 스테이지만 막혀도 전자전달계가 안돌아감)

 - 로테논 : 복합체 1번의 Fe-S ptn이 전자를 유비퀴논에게 못 넘기게 함

 - 올리고마이신 : FOF1 복합체의 F0 부분에 붙어서 ATP합성 못하게 막음

(ATP합성 못하게 막으면 수소농도기울기가 계속 올라가고 그러다 어느 정도를 넘으면 더 이상 전자전달계가 작동을 하지 않음)

 - DNP(짝풀림 저해제) : 내막에서 있어서 기질안으로 양성자를 옮기는 작용을 함

(열이 발생하고 전자전달계가 더 활성화됨)

 * 지질의 산화

1. 백색지방세포에 있는 **중성지방**이 분해되서 지방산이 나오면 그게 혈액에 있는 알부민 단백질에 실려서 필요한 세포로 옮겨짐

2. 세포질에서 지방산에 CoA-SH(바이타민B5)가 붙고 미토콘드리아 기질로 들어감

3. 베타산화 7번(한번 당 NADH+H, FADH_2, 아세틸-CoA 생성) 진행, 아세틸-CoA는 총 8개 생성됨

cf) 뇌는 포도당만 쓰기 때문에 바이타민 B1이 없으면 죽음

input : 중성지방 1개; output : NADH 7개, FADH 7개, 아세틸-CoA 8개 = 108ATP

 * 단백질의 산화

단백질로 에너지를 얻는 일은 잘 없는데 과잉섭취하거나 에너지가 고갈되면 분해시킴

아미노산의 종류에 따라 대사 경로가 다른데 아미노기가 암모니아로 배출되고 각각이 TCA 회로의 일부분으로 변환된다는 공통점이 있음

 # 암모니아의 배출

- 수생생물(물고기) : 그냥 체외로 배출

- 포유류 등 : 요소(무독성)로 변환해서 오줌으로 배출

- 조류, 곤충, 파충류 : 요산(무독성)으로 변환해서 똥으로 배출

 * 포도당의 신생합성

뇌는 포도당만 쓰기 때문에 포도당이 떨어지면 합성을 해야됨

우선 간에서 글리코겐 분해해서 포도당 얻음 -> 간, 신장(일부)에서 전구 물질들을 이용해서 포도당을 신생합성함

대체적으로 해당과정을 거꾸로 돌린 느낌인데 비가역 과정에 관여하는 효소(헥소, PFK-1, 피루브산)는 따로 존재함

당연하게도 해당과정에서 나오는 에너지보다 더 투입해야됨

 * 발효 : 산소가 없어서 NADH를 산화시킬 수 없을 때 일어남

 # 젖산 발효 : 근육에 산소가 떨어지면 일어남, 젖산이 쌓이면 아픔, 효율 낮아서 해당과정, 글리코겐 분해 속도 증가함

피루브산 (NADH)->(피루브산 디하이드로제네이스) 젖산, (NAD)

 # 알코올 발효 : 효모(조건 혐기성 생물)가 산소없을 때 사용함, 효율이 낮기 때문에 성장 속도 떨어짐

피루브산 ->(피루브산 디카복실레이스) 아세트알데히드, CO2 (NADH)->(알코올 디하이드로제네이스) 에탄올, (NAD)

 * 세포호흡의 종류

- 유산소 호흡

- 무산소 호흡

    - 무산소 호흡 : 전자전달계 마지막에 산소말고 S, SO4, NO3한테 전자를 넘김

    - 발효

공포 소재

귀신이면 인간적인 면이 없게

주인공은 아는데 다른 사람은 모르는 거

귀신이면 좀 한계가 있겠다

링이나 착신아리는 누구나 가지고 있을 것들로 저주가 퍼져나간다는 소재

(누구한테도 적용되는 공포면 좋을듯)

주변 인물이 미친놈이라는 것을 한 사람만 알게된 것

A, B가 있다고 했을 때

A가 B가 작성하는 소설을 우연히 봤음

-> 거기에는 완전 소름끼치는 인간이 등장인물인데 일부 특징이 B랑 비슷하게 느껴짐

(자기 자신에 대해서 쓴 것 같은 느낌이 드는 것)

배양육 정리

 배양육에 관한 몇 가지 좋아보이는 글을 발견했다

The science of cultivated meat

세포배양육 연구개발 산업계 동향(pdf)

배양육이 성공하기 위한 조건

1. 낮은 생산 단가

2. 혈청을 사용하지 않고 생산

3. 다양한 종, 세포 타입에 최적화

basic components of medium for cell culture

: glucose, amino acids, inorganic salts, vitamins, buffers

AlphaFold 단백질 구조 DB

 딥마인드가 얼마전에 AlphaFold의 소스코드를 공개했었는데 이번에는 AlphaFold Protein structure Database라는 예측 단백질 구조 DB를 공개했다. 페이지 생긴건 꼭 NCBI의 그것과 비슷하게 생겼다. 현재는 휴먼이랑 20가지 organism에 대한 정보들을 제공하는 것 같다.

* url : https://github.com/deepmind/alphafold, https://www.alphafold.ebi.ac.uk/

지난 학기 분자생명공학 수업 팀프로젝트에서 다루었던 Hero7 ptn을 검색해보았는데 당시에 RaptorX Protein structure prediction으로 예측했던 구조와 DB에 나온 구조가 꽤 달라서 조금 당황스러웠다. 

Raptor X로 예측한 구조

AlphaFold가 예측한 구조

DB 참조 : https://www.alphafold.ebi.ac.uk/entry/Q9VEW2

단백질 길이가 짧아서 비슷하게 결과가 나올줄 알았는데 아니었다

알파폴드가 틀렸을 수도 있지만 Hero7이 아령 모양이 아니었다니 충격..

재미있게 보았던 SF 영화 소개

1. 매트릭스 시리즈 (1999, 2003)

#가상현실

2. 인셉션 (2010)

#꿈

3. 인터스텔라 (2014)

#우주

4. 테넷 (2020)

#시간

5. 가타카 (1997)

#유전공학

6. 토탈리콜 (1990)

#가상현실

7. 소일렌트 그린 (1973)

#디스토피아

8. 더 랍스터 (2015)

#디스토피아

9. 13층 (1999)

#가상현실

10. 레디 플레이어 원 (2018)

#가상현실

11. 에일리언 (1979)

#외계인 #우주

12. 블레이드 러너 (1982)

후속작인 블레이드 러너 2049도 있습니다

#인조인간

13. 혹성탈출 시리즈 (1968) - 리메이크 포함

#우주

14. 스타워즈 시리즈 (1977-)

#우주

15. 2001 : 스페이스 오디세이 (1968)

#우주 #AI

16. 이디오크러시 (2006)

#디스토피아

17. 12몽키즈 (1995)

#질병 #디스토피아

18. 스캐너 다클리 (2006)

#마약 #디스토피아

19. 공각기동대 (1995)

#전뇌

20. 브라질 (1985)

#디스토피아

21. 터미네이터 1, 2 (1984, 1991)

#로봇 #AI

22. Her (2013)

#AI #로맨스

23. 칠드런 오브 맨 (2006)

#디스토피아

*생각이 난 대로 적었기 때문에 적힌 순서는 의미가 없습니다

몇몇 영화에 태그를 더 달고 싶었는데 스포가 될 것 같아서 적지 못했습니다 크크

나의 소개 (about me)