DNP가 세포호흡을 억제하는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 미토콘드리아의 내막 전자전달계에서 짝풀림제로 작용하는 DNP가 세포호흡을 억제하는 원리는 무엇인지 궁금합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
DNP는 미코톤드리아가 내막을 통과하며 수소이온기울기를 소실시키고,
전자전달계에서 만들어진 막전위가 ATP 합성효소에 전달을하지못하게 만듭니다.
이로인해서 전자전달은 과도하게 가속이되지만, ATP 생산은 차단되어서
결국 세포호흡의 에너지 보존단계가 억제되는것이라고 볼 수 있습니다.
DNP는 미토콘드리아 내막의 양성자 구배를 파괴하여 세포호흡을 억제합니다.
보통, 전자전달계는 NADH와 FADH12의 전자를 전달하면서 발생한 에너지로 미토콘드리아 기질의 H+를 막 사이 공간으로 이동시켜 농도 구배를 형성합니다. 이 H+ 구배의 에너지는 ATP 합성 효소를 통해 ATP를 만드는 데 사용되죠.
그러나 DNP는 이 과정을 짝풀림시킵니다.
DNP는 지질친화성 분자로, 미토콘드리아 내막을 자유롭게 통과하며 막 사이 공간의 H+를 기질로 다시 유입시킵니다. 그 때문에 ATP 합성 효소를 거치지 않고 H+가 이동하게 되므로, H+ 구배가 사라지게 되고 결과적으로 ATP 합성이 급격히 줄어들고, ATP를 만드는 데 사용되어야 할 에너지는 열로 방출되는 것입니다.
이러한 원리로 DNP는 세포호흡을 억제하고, 과도한 열 발생으로 인해 인체에 치명적일 수 있죠.
안녕하세요. 김채원 전문가입니다.
DNP는 미토콘드리아 내막을 가로지른 뒤 수소이온을 운반해서 전자전달계가 만들어낸 양성자 기울기를 소모시켜 ATP 합성이 불가능하게 만듭니다.
그래서 세포는 ATP 생산이 억제되고 에너지가 열로만 방출됩니다.
DNP는 미토콘드리아 내막의 양성자 기울기를 파괴하여 ATP 합성을 억제합니다. 원래 미토콘드리아 내막의 전자 전달계는 양성자 펌핑을 통해 막 사이 공간에 양성자 농도 기울기를 형성하고, 이 기울기를 이용해 ATP 합성효소가 ATP를 만듭니다. 그러나 DNP는 지용성 분자로 내막을 자유롭게 통과하며, 막 사이 공간의 양성자를 미토콘드리아 기질로 이동시켜 양성자 기울기를 소실시킵니다. 이로 인해 ATP 합성효소가 작동하지 않아 ATP 생산이 중단되며, 대신 양성자 기울기 해소로 발생한 에너지가 열로 방출되어 체온이 상승하게 됩니다.
안녕하세요.
네, 질문해주신 것처럼 DNP(2,4-dinitrophenol)는 미토콘드리아 내막에서 작용하는 대표적인 짝풀림제로 작용하는데요, 우선 정상적인 전자전달계에서는 NADH, FADH₂에서 나온 전자가 미토콘드리아 내막 단백질들을 거치면서 전달됩니다. 이 과정에서 양성자(H⁺)가 미토콘드리아 기질에서 막사이공간으로 펌핑되며, 이렇게 형성된 양성자 농도 구배가 에너지원이 되어, ATP 합성효소(ATP synthase)를 통해 양성자가 기질로 되돌아가면서 ADP로부터 ATP 합성이 일어납니다. 즉, 전자전달(산화)과 ATP 합성(인산화)은 양성자 구배에 의해 ‘결합(coupling)’되어 있는데요 이때 DNP는 지용성 이온 운반체로서 막사이공간의 양성자(H⁺)와 결합하여 지용성 상태로 미토콘드리아 내막을 통과할 수 있습니다. 이후 기질 쪽에서 양성자를 방출해버리기 때문에, 양성자 농도 구배가 무너지는 것이며 그 결과, ATP 합성효소가 사용할 양성자 경사가 사라지게 됩니다. 따라서 ATP 합성이 억제되며, 전자전달계는 계속 돌아가지만 ATP는 만들어지지 않습니다. 감사합니다.