화학삼투 chemiosmosis

미토콘드리아 내막에는 ATP합성효소라는 단백질 복합체가 많이 있다. 이 ATP합성효소는 ADP와 무기인산으로부터 ATP를 만드는 효소이다. ATP 합성효소는 이온펌프가 거꾸로 작동하는 것이다. 이온기울기에 거슬러 이온을 수송하기 위해서 이온펌프는 ATP를 에너지원으로 사용한다. 반응물과 생성물의 국부적 농도에 의해서 영향을 받는 반응에 있어서 G값에 따라서 효소들은 양쪽 중 한 쪽 방향으로 반응을 촉매할 수 있다.

 

세포호흡의 상황에서 ATP합성효소는 농도기울기에 역행하여 양성자를 펌프하기 위해서 ATP를 가수분해하기보다는 ATP 합성을 위해서 이미 존재하고 있는 양성자 기울기에 담겨 있는 에너지를 소모한다. ATP합성효소를 위한 추진력은 미토콘드리아 내막을 사이에 두고 존재하는 H농도의 차이이다. 막을 사이에 둔 수소이온 기울기 형태로 젖아된 이러한 에너지는 ATP합성과 같은 세포의 일을 추진하기 위해서 사용되는데, 이 과정을 화학삼투 ( chemiosmosis )라 한다. 물수송을 배울 때 삼투라는 말을 사용했지만 여기에서 삼투는 막을 관통하는 H의 흐름을 의미한다.

 

과학자들은 ATP합성효소의 구조를 연구함으로써 이 커다란 효소를 통한 H의 흐름이 어떻게 ATP생성을 추진하는지 알 수 있게 되었다. ATP 합성효소는 각각 여러 개의 폴리펩타이드로 구성된, 4개의 주요 부분을 가지는 여러 소단위들의 복합체이다. 양성자들은 그 부분 중 하나에 결합하여 ADP와 무기인산으로부터 ATP를 촉매하는 방법으로 ATP합성 효소를 회전시키게 한다. 양성자의 흐름은 물레방아를 돌리는 냇물과 같이 작용한다.

 

미토콘드리아 내막 또는 원핵세포의 원형질막은 ATP합성효소 복합체에 의한 ATP 생성을 위해서 필요한 H기울기을 어떻게 형성하고 유지하는가? H기울기를 확립하는 것은 미토콘드리아에 자리 잡고 있는 전자전달사슬의 기능이다.