2-2. 1번은 TCA 회로 저해, 2번은 산화적 인산화 저해, 3번은 전자전달저해이다. 먼저, 1번에서 TCA 회로가 저해되었다면 해당과정으로 생성된 NADH의 산화는 가능하고, 해당과정에서의 기질 수준 인산화를 통한 ATP 생성이 가능하기 때문에 산화적 인산화로 인해 ATP 합성이 가능하기 때문에 시간당 ATP 생성량이 가장 많다고 생각한다. 2번에서는 산화적 인산화를 저해하면 ATP 합성 효소가 저해되어 산화적 인산화가 이루어지지 않는다는 것을 알 수 있다. 하지만, 해당과정을 통한 기질수준 인산화로 ATP 생성이 가능하기 때문에 2번이 산화적 인산화 저해라고 생각한다. 마지막 3번은 전자전달이 저해된다면 NADH와 FADH2가 산화되지 않아 이 효소들이 재사용될 수 없게 된다. 이로 인해서 해당과정이 중단되고, TCA회로도 중단된다. 이렇게 전자전달이 저해되면 시간이 흐르면서 나중에는 ATP 생성량이 0에 수렴할 것이기 때문에 3번이 전자전달저해라고 생각한다.

2-3 (1). 알코올 발효와 젖산 발효는 최종 생산물의 종류와 CO2 발생, 중간산물의 존재 여부에서 차이점이 있다. 알코올 발효는 최종 생산물이 에탄올이며, 1분자의 포도당이 분해될 때 2분자의 CO2가 생성된다. 그리고 중간산물이 존재한다. 하지만 젖산 발효는 최종 산물이 젖산이며, 1분자의 포도당이 분해될 때 CO2가 생성되지 않는다. 그리고 중간산물이 존재하지 않는다는 특징이 있다.

2-3 (2). 젖산 발효이다. 급격한 운동으로 인해서 산소가 부족해져도 젖산 발효를 통해 ATP 합성이 가능하여 근수축이 일어날 수 있도록 한다.

2-1. ATP 생성량과 이산화탄소 생성량은 산소가 있는 환경에서가 없는 환경에서보다 많다.

그 이유는, 산소가 존재하는 환경에서는 해당과정, TCA회로, 산화적 인산화 과정을 거치면서 ATP 32분자, 이산화탄소 6분자가 생성되는 반면 산소가 없는 환경에서는 해당과정을 통해서만 ATP를 생성하는 발효가 일어나 ATP 2분자가 생성되기 때문이다. 또한 주어진 그래프를 참고하면 산소가 없는 환경에서 에탄올이 생성된 것으로 보아 에탄올 발효가 일어났음을 알 수 있고, 이때 이산화탄소는 2분자가 생성된다. 따라서 ATP 생성량과 이산화탄소 생성량은 산소가 있는 환경에서가 없는 환경에서보다 많게 된다.

2-2. 1번은 산화적 인산화, 2번은 TCA 회로, 3번은 전자전달계를 저해했을 때 나타나는 양상이다.

산화적 인산화를 저해했을 경우 NADH, FADH2의 산화는 일어나므로 NAD+, FAD와 같은 조효소는 세포호흡 과정에 계속해서 사용할 수 있다. 따라서 해당과정과 TCA 회로를 통해 ATP가 생성되어 총 ATP 4분자가 생성될 것으로 생각했다. TCA회로를 저해했을 경우 산화적 인산화를 저해한 경우와 마찬가지로 NADH의 산화는 일어나므로 NAD+와 같은 조효소는 세포호흡 과정에 계속해서 사용할 수 있다. 따라서 해당과정은 진행되므로 이를 통해 ATP가 생성되어 총 ATP 2분자가 생성될 것이다.

전자전달계를 저해했을 경우 NADH, FADH2의 산화가 일어나지 않기 때문에 NAD+, FAD를 재사용할 수 없고 이는 해당과정까지 저해하게 된다. 따라서 전자전달계를 저해한 경우 시간이 지나면 ATP 생성량은 0이 된다.

(*TCA회로를 저해했을 경우에 산화적 인산화가 가능하다는 점을 놓쳤습니다!)

2-3.

(1) 알코올 발효와 젖산 발효는 이산화탄소 방출 여부, 중간산물 생성 여부에서 차이가 있다.

알코올 발효에서는 피루브산에서 탈탄산효소의 작용으로 이산화탄소 2분자가 방출되어 아세트알데하이드가 된 후 NADH로부터 수소 이온을 얻어 에탄올이 생성된다. 반면 젖산 발효에서는 피루브산이 중간산물로 분해되는 과정 없이 바로 NADH로부터 수소 이온을 얻어 젖산이 생성된다.

(2) 급격한 운동을 할 때 사람의 근육 세포에서는 젖산 발효가 일어난다. 젖산 발효는 산소 부족 환경에서도 ATP생성이 가능하다는 이점을 갖는다.

세포호흡이 산화적 인산화에서 전자의 최종 수용체로서 산소를 이용하는 반면 젖산 발효는 해당과정만 거쳐 산소를 이용하지 않으므로 격한 운동을 하여 산소가 부족한 환경에서 원활히 ATP를 생성할 수 있다.

2-1) 그래프에서 산소가 있는 조건에서가 산소가 없는 조건에서보다 ATP와 이산화탄소의 양이 더 많다.

포도당 1분자를 기준으로 했을 때, 산소가 있는 조건에서는 산소 호흡인 세포 호흡이 일어날 수 있다. 세포 호흡은 해당과정, 피루브산의 산화, TCA 회로에서 기질 수준의 인산화로 4분자의 ATP와 탈탄산 효소의 작용으로 6분자의 이산화탄소를 얻고, 산화적 인산화로 최대 28분자의 ATP를 얻을 수 있다. 이에 반면에 산소가 없는 조건에서는 발효가 일어날 수 있다. 발효는 기질 수준의 인산화로 2분자의 ATP를 얻을 수 있고, 탈탄산 효소의 작용으로 2분자의 이산화탄소를 방출한다.

2-2) 1번은 TCA 회로를, 2번은 산화적 인산화 과정을, 3번은 전자 전달을 저해하였다.

TCA회로를 저해한 경우에는 해당과정과 피루브산의 산화 과정에서 기질 수준의 인산화로 2분자의 ATP가 합성되고, 4분자의 NADH가 생성되어 산화적 인산화 과정이 일어나 ATP 합성이 가능해진다.

산화적 인산화 과정을 저해한 경우에는 H+ 농도 기울기가 형성되지 않아 계속해서 기울기를 형성하려고 할 것이기에 NADH, FADH2가 산화되어 해당과정, 피루브산의 산화, TCA 회로의 과정이 계속 일어나 ATP가 생성될 것이다.

전자 전달을 저해한 경우에는 NADH, FADH2가 산화되지 않아 해당과정, 피루브산의 산화, TCA 회로의 과정이 중단되게 되어 ATP의 합성이 일어나지 않는다.

2-3)

(1) 알코올 발효와 젖산 발효는 이산화탄소의 발생 여부에 차이가 있다. 알코올 발효는 3탄소 화합물인 피루브산 2분자에서 2탄소 화합물인 아세트알데하이드 2분자로 변하는 과정에서 탈탄산 효소의 작용으로 이산화탄소를 방출하게 되지만, 젖산 발효에서는 3탄소 화합물인 피루브산과 3탄소 화합물인 젖산의 탄소 수 차이가 없어 이산화탄소 방출이 일어나지 않는다.

(2) 급격한 운동을 할 때 사람의 근육세포에서는 젖산 발효가 일어난다. 세포 호흡에 비해 비교적 짧은 시간으로 ATP가 합성되고, 산소가 없더라도 ATP가 합성될 수 있다는 이점이 있다.