생명과학 고3 생명활동과 에너지 심화

조효소

Q: 광합성에도 조효소가 있나요?

네. 명반응에서 전자를 받는 NADP+가 NADPH가 되어 탄소 고정 반응으로 전자를 나릅니다. 산화·환원으로 전자를 운반한다는 원리는 세포 호흡의 NAD+와 같습니다.

효소의 활성을 보조하는 비단백질 성분으로, NAD+·FAD·CoA 등이 산화환원 반응에서 전자 운반체로 기능한다.

효소에 결합해 촉매 작용을 돕는 비단백질 성분으로,

NA D^{+}

·FAD·조효소 A처럼 전자나 원자단을 실어 나르는 운반체가 대표적입니다.

효소가 작업대라면 조효소는 부품을 실어 나르는 대차입니다. 작업대는 자리에 붙박여 있고, 대차가 물건을 싣고 와 내려놓고 다시 실어 갑니다. 대차가 없으면 작업대는 멀쩡해도 일이 진행되지 않습니다.

쉽게 말하면

단백질만으로는 하기 어려운 일이 있습니다. 대표적인 것이 전자를 붙잡았다가 다른 곳에 내려놓는 일입니다. 아미노산 곁사슬만으로는 전자를 안정적으로 실어 나르기 어려워서, 세포는 별도의 작은 분자를 파트너로 씁니다. 이것이 조효소입니다.

세포 호흡을 보면 조효소의 역할이 분명해집니다. 포도당이 산화될 때 떨어져 나온 고에너지 전자를 $NA D^{+}$ 와 FAD가 받아 NADH와 $FAD H_{2}$ 가 됩니다. 이 둘은 전자를 짊어지고 미토콘드리아 내막까지 이동해 전자를 넘겨줍니다. 즉 포도당의 에너지는 전자의 형태로 조효소에 실려 이동하는 셈입니다.

여기서 놓치기 쉬운 점이 있습니다. 조효소는 소모되어 사라지는 원료가 아니라, 산화형과 환원형을 오가며 반복해서 쓰이는 순환 부품이라는 것입니다. $NA D^{+}$ 가 전자를 받아 NADH가 되고, 전자를 넘겨주면 다시 $NA D^{+}$ 로 돌아옵니다. 세포 안의 $NA D^{+}$ 총량은 매우 적지만, 계속 재활용되기에 방대한 대사가 돌아갑니다.

조효소 A는 전자가 아니라 아세틸기라는 탄소 조각을 나릅니다. 해당 과정의 산물이 아세틸 CoA가 되어야 TCA 회로로 들어갈 수 있습니다. 참고로 여러 비타민이 조효소의 재료가 되기 때문에, 특정 비타민이 부족하면 대사 경로 전체가 병목에 걸립니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

$NA D^{+}$ 가 부족해지면 어떻게 되는가

격렬한 운동으로 산소가 부족해지면 전자를 넘길 곳이 막혀 NADH가 쌓이고 $NA D^{+}$ 가 동납니다. 그러면 $NA D^{+}$ 를 필요로 하는 해당 과정 자체가 멈출 위기에 놓입니다. 근육 세포는 젖산 발효로 NADH의 전자를 억지로 떠넘겨 $NA D^{+}$ 를 되살립니다. 발효의 진짜 목적이 젖산을 만드는 것이 아니라 $NA D^{+}$ 를 회수하는 것이라는 점이 여기서 드러납니다.
예시 2

NADH와 $FAD H_{2}$ 가 만드는 ATP 수가 다른 이유

두 조효소는 전자전달계와 산화적 인산화에서 전자를 서로 다른 지점에 넘깁니다. $FAD H_{2}$ 는 더 뒤쪽에 넘기기 때문에 전자가 지나가는 구간이 짧고, 그만큼 밀어내는 수소 이온 수가 적습니다. 결과적으로 만들어지는 ATP 양이 NADH보다 적습니다.
예시 3

조효소와 보조 인자

효소를 돕는 비단백질 성분 중 유기물인 것을 조효소, 아연이나 철 같은 금속 이온을 보조 인자라고 구분해 부르기도 합니다. 둘 다 '단백질만으로는 부족해서 빌려 온 도구'라는 점은 같습니다.

효소와 조효소

구분	효소	조효소
성분	단백질	비단백질 유기 분자
하는 일	기질을 붙잡고 활성화 에너지를 낮춤	전자나 원자단을 받아 다른 반응으로 운반
특이성	특정 기질에만 작용	여러 종류의 효소 반응에 두루 쓰임
열에 대한 반응	고온에서 변성되어 기능 상실	비교적 열에 안정
반응 후	변하지 않고 재사용	산화형과 환원형을 오가며 재사용

자주 하는 오해

조효소가 반응에서 소모되어 없어진다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움

NA D^{+}

는 전자를 받아 NADH가 되면서 소비된다

실제로는NADH는 전자를 넘겨주고 다시

NA D^{+}

로 돌아옵니다. 조효소는 순환하며 재사용됩니다.

조효소를 기질처럼 취급하면 세포가 왜 소량의

NA D^{+}

만으로 하루 종일 대사를 돌리는지 설명할 수 없습니다. 조효소는 '실어 나르는 그릇'이지 '실린 물건'이 아닙니다. 그릇이 비워지지 않으면 다음 짐을 못 싣기 때문에, 산소가 없을 때 대사가 막히는 것입니다.

조효소도 효소처럼 기질 특이성이 강하다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움조효소마다 정해진 기질이 하나씩 있다

실제로는조효소는 특정 기질이 아니라 '전자를 받는다·아세틸기를 나른다' 같은 역할이 정해져 있고, 그 역할이 필요한 여러 효소 반응에 두루 참여합니다.

특이성은 활성 부위를 가진 효소 쪽의 성질입니다. 조효소는 여러 대사 경로가 함께 쓰는 공용 부품에 가깝습니다. 그래서

NA D^{+}

하나가 해당 과정, TCA 회로 등 여러 곳에 동시에 등장합니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

효소고3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

전자전달계와 산화적 인산화고3 TCA 회로고3

같은 단원의 개념 — 생명활동과 에너지

기질 특이성고3 물질대사고3 활성화 에너지고3 효소고3 효소 반응 속도고3 ATP고3

자주 묻는 질문

Q1비타민이 부족하면 왜 몸이 안 좋아지나요?

여러 비타민이 조효소의 재료로 쓰이기 때문입니다. 조효소가 모자라면 그 조효소를 쓰는 효소들이 정상 구조를 갖추고도 일을 하지 못합니다. 효소는 멀쩡한데 대사가 막히는 상황이 벌어집니다.

Q2NADH는 에너지 그 자체인가요?

NADH가 들고 있는 것은 에너지가 높은 전자입니다. 그 전자를 전자전달계에 넘겨 수소 이온 농도 차이를 만들고, 그 차이가 ATP를 만듭니다. NADH는 에너지를 '실어 나르는 중간 형태'라고 이해하는 편이 정확합니다.

Q3광합성에도 조효소가 있나요?

네. 명반응에서 전자를 받는

NAD P^{+}

가 NADPH가 되어 탄소 고정 반응으로 전자를 나릅니다. 산화·환원으로 전자를 운반한다는 원리는 세포 호흡의

NA D^{+}

와 같습니다.

교육과정 2022 개정 · 고3 생명과학 · 생명활동과 에너지 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

오류 신고하기

조효소가 실어 온 전자가 실제로 ATP가 되는 현장은 전자전달계와 산화적 인산화입니다.

전체 연결 구조가 궁금하다면

초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.

조효소 지도에서 확인하기 →