ATP [adenosine triphosphate]

[김현중(SNU99)]

요약

아데노신에 인산기가 3개 달린 유기화합물로 아데노신3인산이라고도 한다. 이는 모든 생물의 세포 내 존재하여 에너지 대사에 매우 중요한 역할을 한다. 즉, ATP한 분자가 가수분해를 통해 다량의 에너지를 방출하며 이는 생물 활동에 사용된다.

본문

아데노신3인산이라고도 한다. 아데노신은 아데닌이라는 질소함유 유기화합물에 오탄당(탄소 원자가 5개인 탄수화물의 일종)이 결부된 화합물이다. 아데노신에 인산기가 1개가 달려 있으면 아데노신1인산(adenosine monophosphate:AMP)이라 하고, 2개 달려 있으면 아데노신2인산(adenosine diphosphate:ADP)이라 한다. 아데노신3인산은 동물·식물·미생물 등 모든 생물의 세포 내에 풍부히 존재하는 물질이며, 생물의 에너지대사에서 매우 중요한 역할을 하고 있는 물질이다. 이 ATP의 마지막 인산기와 두 번째 인산기는 고에너지 인산결합으로 연결되어 있어서, 이를 보통 화학결합처럼 －으로 표시하지 않고 ∼와 같이 표시한다. 이것을 고에너지 인산결합이라고 하는 이유는 이 결합 하나가 끊어져 인산기가 떨어져 나가면, 그때 약 7∼12kcal/mol의 자유에너지(또는 유리에너지라고도 한다)가 방출되기 때문이다.

즉, ATP 한 분자에 물이 한 분자 들어가서 ATP의 마지막 인산기를 가수분해시키면 그 때 다량의 에너지가 방출된다. 이 에너지의 양이 ATP 1mol(6×10²³개 분자)당 7∼12kcal나 된다. ATP의 가수분해 결과 생긴 ADP도 또 가수분해되어 AMP가 되면 그 때도 이와 같은 양의 에너지가 방출된다. ATP와 ADP의 인산기가 가수분해될 때 이렇게 다량의 에너지가 방출되는 것은 ATP와 ADP, 그리고 ADP와 AMP 사이의 자유에너지의 차가 그만큼 크기 때문이다.
      ATP ＋ H₂O → ADP ＋ H₃PO₄ ＋ 7∼12 kcal / mol
      ADP ＋ H₂O → AMP ＋ H₃PO₄ ＋ 7∼12 kcal / mol
위에서 방출되는 에너지의 양을 7∼12 kcal/mol이라 쓰는 이유는 그 에너지 양이 가수분해될 때의 세포 내 환경(pH 등)에 따라 약간씩 차이가 있기 때문이다. 보통 생물학에서 ATP의 가수분해 에너지의 양을 계산할 때는 ATP 1mol당 7.3kcal로 계산한다. ATP가 가수분해될 때는 위와 같은 양의 에너지가 방출되므로 AMP로부터 ADP를, 그리고 ADP로부터 ATP를 합성할 때는 이 가수분해 에너지량 이상의 에너지를 공급해야 한다.

AMP 또는 ADP로부터 ATP를 합성하는 것은 이들에게 무기인산, 즉 H₃PO₄ 를 결합시키는 것이기 때문에 이 합성을 AMP 또는 ADP의 인산화(燐酸化)라고 한다. ATP는 생물체 내의 에너지의 화폐(貨幣)라고도 한다. 그것은 생물의 세포 내에서 유기화합물의 산화 결과로 방출된 에너지가 일단 ADP를 인산화시켜 ATP의 고에너지 인산결합의 형태로 저장되었다가 필요에 따라 방출되어 생물체의 여러 가지 생활 활동에 쓰이기 때문이다. 즉, 동물의 경우 외부로부터 섭취한 먹이 속의 유기화합물(탄수화물·단백질·지질·핵산 등)은 소화관에서 소화되어 포도당·아미노산·지방산 등의 분자량이 작은 유기화합물로 된 다음, 혈액에 의하여 몸의 각 세포에 운반된다. 그리고 세포 속에서 이들 물질은 다시 분해되어 궁극적으로는 물과 이산화탄소, 그리고 암모니아 등으로 된다. 이러한 분해 과정은 대개의 경우 산소의 존재를 필요로 하는데, 이 산소는 호흡을 통하여 체내에 들어온 대기 또는 물속의 산소이다.

유기물의 이와 같은 분해는 화학적으로는 산화·환원반응이기 때문에 보통 이것을 줄여 유기물의 산화라고 한다. 이 유기물의 산화 과정에서는 그 유기물이 지니고 있던 화학에너지가 방출된다. 생물은 이 에너지를 사용하여 생활 활동을 영위하는데, 그 에너지의 공급과 수요는 양적으로나 시간적으로나 항상 일치하지는 않는다. 따라서, 유기물의 산화에서 방출된 에너지를 어떤 수단으로 저장하였다가 필요할 때 사용하여야 한다. 이 저장 수단은 다음과 같은 몇 가지 조건을 충족시킬 수 있는 것이어야 한다. 즉, 소량으로 대량의 에너지를 저장할 수 있을 것, 저장이 쉬울 것, 그리고 필요할 때 쉽게 방출시킬 수 있을 것 등이다. ATP는 이러한 조건을 모두 갖춘 적절한 물질이다.

한편, 식물은 뿌리에서 흡수한 물과 각종 무기염류, 그리고 잎에서 흡수한 이산화탄소 등을 재료로 하여 태양의 빛에너지를 써서 각종 유기물을 만든다. 따라서 이 유기물 속에는 태양의 빛에너지가 화학에너지의 형태로 저장되어 있는 셈이다. 식물은 이 유기물을 녹말·단백질·지질 등의 형태로 저장도 하지만, 일부는 포도당·아미노산 등으로 분해한 다음, 다시 이것을 이산화탄소와 물로 산화시켜 그때 방출되는 에너지를 역시 ATP의 화학에너지의 형태로 저장한다. 이와 같이 동·식물 등 모든 생물은 유기물의 산화에서 생긴 에너지를 ATP라는 화합물 속에 일단 저장하였다가 필요에 따라 이를 가수분해시켜 그때 방출되는 에너지를 이용하여 운동·체온 유지·생체 전기의 발생·생체 발광(發光), 그리고 몸을 구성하는 고분자(분자량이 큰 유기물질)의 합성 등 모든 생활 활동에 사용한다.