수목의 호흡 과정에서 에너지를 일시적으로 저장하는 형태인 ATP를 생산하는 방식은 기질수준 인산화와 산화적 인산화로 나뉩니다. 두 과정의 주요 특징과 차이점은 다음과 같습니다.
기질수준 인산화 (Substrate-level Phosphorylation)
원리: 기질이 되는 유기 화합물에 결합해 있던 인산기가 효소의 작용으로 직접 ADP에 전달되어 ATP를 생성하는 방식입니다.
발생 단계: 호흡의 첫 단계인 해당작용(glycolysis)과 두 번째 단계인 크레브스 회로(Krebs cycle, TCA 회로)에서 일어납니다.
장소: 해당작용은 세포질(세포기질)에서, 크레브스 회로는 미토콘드리아 기질에서 진행됩니다.
특징: 산소($\text{O}_2$)의 유무와 상관없이 에너지를 생산할 수 있으며, 효모균의 발효 과정에서도 이 방식을 통해 에너지를 얻습니다. 산화적 인산화에 비해 ATP 생산 효율이 낮습니다.
산화적 인산화 (Oxidative Phosphorylation)
원리: 해당작용과 크레브스 회로에서 생성된 NADH와 $\text{FADH}_2$의 전자($\text{e}^-$)가 전자전달계를 거치며 방출하는 에너지를 이용하여 ATP를 합성하는 방식입니다.
발생 단계: 호흡의 마지막 단계인 전자전달계(electron transport chain) 과정에서 일어납니다.
장소: 미토콘드리아 내막에서 진행됩니다.
특징: 반드시 산소($\text{O}_2$)가 필요하며, 산소는 최종적으로 전자와 수소 이온을 받아 물($\text{H}_2\text{O}$)로 환원됩니다. 기질수준 인산화보다 ATP 생산 효율이 매우 높습니다.
요약 비교
에너지원: 기질수준 인산화는 유기물 기질의 화학 에너지를 직접 이용하지만, 산화적 인산화는 전자 전달 과정에서 발생하는 에너지를 이용합니다.
산소 요구성: 기질수준 인산화는 산소 없이도 가능하나, 산화적 인산화는 산소가 필수적인 호기성 호흡 과정입니다.
생산 효율: 호흡 과정에서 발생하는 대부분의 ATP는 산화적 인산화 과정을 통해 효율적으로 생산됩니다.