Beta-oxidation
개요
Beta-oxidation(베타 산화)은 지방산을 미토콘드리아에서 분해하여 Acetyl CoA, NADH, FADH₂를 생성하는 과정이다.12345
위치: 미토콘드리아 matrix (포유류에서 초장쇄 지방산의 경우 퍼옥시솜에서도 β-산화 수행)
“Mitochondria can use pyruvate, fatty acids, as well as other substrates as fuel.” — Chapter 14
진입 전 활성화
지방산은 먼저 세포질에서 CoA와 결합해 Acyl CoA로 활성화되어야 한다:
- ATP → AMP + PPᵢ (2 ATP에 해당하는 에너지 소비)
- Carnitine shuttle: Long-chain acyl CoA는 carnitine과 결합하여 inner membrane을 통과
→ 자세한 내용: Substrate activation
4단계 반복 사이클
각 사이클마다 탄소 2개(Acetyl CoA)가 떨어져 나간다:
| Step | 효소 | 반응 |
|---|---|---|
| 1 | Acyl CoA dehydrogenase | Acyl CoA → trans-Enoyl CoA + FADH₂ |
| 2 | Enoyl CoA hydratase | trans-Enoyl CoA + H₂O → L-3-Hydroxyacyl CoA |
| 3 | Hydroxyacyl CoA dehydrogenase | L-3-Hydroxyacyl CoA + NAD⁺ → 3-Ketoacyl CoA + NADH |
| 4 | β-Ketothiolase | 3-Ketoacyl CoA + CoA → Acetyl CoA + (Acyl CoA 탄소 2개 단축) |
Net Result: 탄소 수에 따른 계산
일반식 (짝수 포화 지방산, n개 탄소):
- Cycles 수 = (n/2) − 1
- Acetyl CoA = n/2
- NADH = (n/2) − 1
- FADH₂ = (n/2) − 1
예시: Palmitoyl CoA (C16, n=16)
교과서 Table 14-3:
“1 palmitoyl CoA → 8 acetyl CoA + 7 NADH + 7 FADH₂”
계산:
- Cycles = (16/2) − 1 = 7
- Acetyl CoA = 16/2 = 8
- NADH = 7, FADH₂ = 7
예시: Lauroyl CoA (C12, n=12)
- Cycles = 5
- Acetyl CoA = 6, NADH = 5, FADH₂ = 5
전체 Net Result (Palmitoyl CoA)
| 산물 | 수량 |
|---|---|
| Acetyl CoA | 8 (→ Citric Acid Cycle으로) |
| NADH | 7 (→ ETC Complex I) |
| FADH₂ | 7 (→ ETC Complex II/III) |
| 활성화 비용 | −2 ATP 상당 |
관련 개념
Footnotes
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2022 기말 4번 — 부티르산(C4) β-oxidation 생성물(2GTP + 3FADH₂ + 7NADH + 4CO₂) 계산 문항. 선지 미복기. ↩
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2023 기말 9번 — β-oxidation 4단계 중 ③번 반응(L-3-hydroxyacyl-CoA→3-ketoacyl-CoA)을 촉매하는 효소가 Hydroxyacyl CoA dehydrogenase(NADH 생성)임이 정답 ③의 근거로 활용됨. ↩
-
2023 기말 10번 — Caprylic acid(C8 포화 지방산)의 β-oxidation 4회전에서 NADH 4개, TCA cycle 4회전에서 NADH 12개 생성(총 16~17 NADH)이 정답 근거로 활용됨. ↩
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2025 기말 8번 — 카프로산(C6) β-oxidation만으로 Acetyl-CoA 생성 시 NADH/FADH₂ 수 계산 (2회전 → 2 NADH + 2 FADH₂) 정답 ① 근거. ↩
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2025 기말 9번 — 카프로산(C6) 완전 산화 시 NADH/FADH₂ 수 계산 (β-oxidation + TCA cycle → 11 NADH + 5 FADH₂) 정답 ③ 근거. ↩