세포호흡이 일어날 때 발생하는 수소이온이 우리몸에 영향을 끼치지 않는 이유

Question

생명과학 2에서 세포호흡 마지막 과정 산화적 인산화 과정에서 수소 이온을 막 사이 공간으로 보내는 과정이 있는데

1. 세포호흡에서 만들어지는 수소이온은 양이 적어 인체에 치명적이지 않은가?

2. 수소이온이 이온 상태로 존재하는 시간이 짧아 영향을 끼치기 전에 확산되어 영향이 없는가?

3. 다른 이유로 인해 세포 내의 수소이온은 우리 몸에 영향을 끼치지 않는가?

4. 추가로 르샤틀리에 원리, 완충용액과 관련이 있는지

   궁금합니다.

Answer 1

세포호흡 과정에서 발생하는 수소이온(H+)은 인체에 치명적이지 않은 이유는 다음과 같습니다. 첫째, 수소이온의 양 자체가 적어 완충작용을 통해 중화될 수 있습니다. 둘째, 수소이온은 미토콘드리아 내막과 외막 사이의 공간에만 일시적으로 존재하다가 ATP 합성과정에서 소모되므로 세포 내에 축적되지 않습니다. 셋째, 세포 내에는 완충용액이 존재하여 수소이온의 농도변화를 방지합니다. 이는 르샤틀리에 원리에 따라 평형을 이루려는 원리입니다. 따라서 세포호흡에서 발생하는 수소이온은 생체 내 여러 기전을 통해 중화되어 우리 몸에 해롭지 않습니다.

Answer 2

세포 내부와 혈액은 각각 자체적인 완충 시스템을 가지고 있습니다. 혈액은 탄산수소염 완충계를 포함해 산-염기 균형을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 세포 내에서도 단백질 등이 완충제 역할을 하여 수소의 농도 변화를 조절합니다. 이는 바꿔 이야기하면 pH의 변화를 효과적으로 조절합니다. 르샤틀리에의 원리를 첨언 하자면, 완충 용액과 이 화학 원리에 따르면 반응계에 스트레스가 가해지면 -pH변화- 시스템은 이 변화를 완화시키려는 방향으로 반응합니다. 수소 이온의 농도가 증가하면 완충 시스템이 작용하면서 pH를 안정화시키려고 합니다.

Answer 3

안녕하세요.

수소이온의 농도가 높으면 산성이라서 몸에 영향이 간다고 생각하시는거라면

미토콘드리아의 막 사이 공간은 수소양이온의 농도가 높아서 pH 값이 약 4.0 입니다.

미토콘드리아의 막 사이 공간은 수소이온이 세포질과 격리된 공간입니다.

격리되지 않으면 수소이온의 높은 농도가 유지될 수 없습니다.

미토콘드리아의 막 사이 공간의 수소이온 농도가 세포질에 영향을 줄 수 없기 때문에 세포질의 산성도에 영향을 주지 않는다고 할 수 있습니다.

세포내의 많은 물질은 세포에 영향을 주지 않기위해 소포체처럼 막형태의 구조물에 격리되어 있습니다.

또한 말씀하신 완충용액처럼 세포와 체내에 산성도에 대한 항상성을 유지할 수 있는 다양한 물질이 있습니다.

또 고농도의 수소양이온이 항상 해가되는 것은 아닙니다. 체내의 많은 단백질은 특정 pH에서 기능을 수행할 수 있습니다.

예를들면 위에서 분비되는 펩신은 pH1.5~2.0에서 활성도가 제일 높습니다.

Answer 4

세포호흡의 마지막 단계인 산화적 인산화 과정에서 수소 이온은 미토콘드리아 내막을 통해 막 사이 공간으로 펌핑되어 양성자 농도 기울기를 형성하는데요, 이때 막 사이 공간의 pH는 4.0 정도이고 미토콘드리아 기질의 pH는 8.0 정도로 약 10000배 정도의 수소 이온 농도 차이가 발생합니다. 이러한 수소 이온의 농도 기울기 형성, 농도 변화는 인체에 치명적이지 않으며 ATP 합성 효소를 통해서만 확산하면서 ATP를 생성하기 때문에 문제는 없습니다.