크렙스 순환(Krebs cycle)에서 옥살아세트산(oxaloacetate)이 재생되는 마지막 단계를 촉매하는 효소는?

크렙스 순환의 마지막 단계는 말산(malate)이 NAD+에 의해 산화되어 옥살아세트산으로 전환되는 반응이며, 이는 말산 탈수소효소(malate dehydrogenase)에 의해 촉매된다. 이 반응은 가역 반응이며 NADH를 생성한다. 옥살아세트산이 재생됨으로써 아세틸-CoA와 결합할 수 있게 되어 순환이 계속된다.

핵심 해설 이 문제는 크렙스 순환(Krebs cycle)의 마지막 단계에서 옥살아세트산(oxaloacetate)을 재생하는 효소를 묻고 있어요. 크렙스 순환은 아세틸-CoA(Acetyl-CoA)가 옥살아세트산과 결합하여 시트르산(Citrate)을 형성하면서 시작된 후, 일련의 산화·환원 반응을 거쳐 최종적으로 다시 옥살아세트산이 재생되는 순환 과정이에요. 정답은 ⑤번 말산 탈수소효소(Malate dehydrogenase)입니다. 정답 근거 (Answer Rationale) 핵심! 크렙스 순환의 마지막 단계는 말산(Malate)이 말산 탈수소효소(Malate dehydrogenase)에 의해 산화되어 옥살아세트산(Oxaloacetate)으로 전환되는 반응이에요. 이 과정에서 보조인자(cofactor)인 NAD+가 NADH로 환원되며, 생성된 NADH는 이후 전자전달계(Electron transport chain)로 넘어가 ATP 생산에 기여합니다. 재생된 옥살아세트산은 다시 아세틸-CoA와 결합하여 다음 순환을 시작할 수 있게 해줘요. 오답 분석 (Distractor Analysis) 혼동 주의! 각 보기 효소가 촉매하는 반응과 순서를 정확히 구분해야 해요. ① 이소시트르산 탈수소효소(Isocitrate dehydrogenase): 이소시트르산(Isocitrate)을 α-케토글루타르산(α-Ketoglutarate)으로 전환시키는 효소예요. 이 반응에서 CO₂가 방출되고 NADH가 생성됩니다. (크렙스 순환 3단계) ② 아콘산 가수분해효소(Aconitase): 시트르산(Citrate)을 이소시트르산(Isocitrate)으로 이성질화(Isomerization)시키는 효소예요. (크렙스 순환 2단계) ③ 숙신산 탈수소효소(Succinate dehydrogenase): 숙신산(Succinate)을 푸마르산(Fumarate)으로 전환시키는 효소로, 전자전달계의 복합체 II(Complex II)에 해당해요. 이 반응에서 FAD가 FADH₂로 환원됩니다. (크렙스 순환 6단계) ④ 푸마라아제(Fumarase / Fumarate hydratase): 푸마르산(Fumarate)에 물(H₂O)을 첨가하여 말산(Malate)으로 전환시키는 효소예요. (크렙스 순환 7단계) 연관 개념 정리 (Related Concepts) 크렙스 순환에서 생성된 NADH와 FADH₂는 전자전달계에서 산화적 인산화(Oxidative phosphorylation)를 통해 다량의 ATP를 생산해요. 말산 탈수소효소 반응은 ΔG°' = +29.7 kJ/mol로 평형이 말산 쪽으로 치우쳐 있지만, 세포 내에서 생성물(옥살아세트산)이 시트르산 생성 반응으로 빠르게 소비되기 때문에 순환이 계속 진행될 수 있어요. 개념 정리

순서	기질	생성물	효소	보조인자/생성물
1	아세틸-CoA + 옥살아세트산	시트르산	시트르산 합성효소(Citrate synthase)	CoA-SH
2	시트르산	이소시트르산	아콘산 가수분해효소(Aconitase)	-
3	이소시트르산	α-케토글루타르산	이소시트르산 탈수소효소	NAD+ → NADH, CO₂
4	α-케토글루타르산	숙시닐-CoA	α-케토글루타르산 탈수소효소 복합체	NAD+ → NADH, CO₂
5	숙시닐-CoA	숙신산	숙시닐-CoA 합성효소(숙신산 티오키나제)	GDP → GTP (기질수준인산화)
6	숙신산	푸마르산	숙신산 탈수소효소	FAD → FADH₂
7	푸마르산	말산	푸마라아제(Fumarase)	H₂O
8	말산	옥살아세트산	말산 탈수소효소	NAD+ → NADH

한눈에 비교!

효소	기질 → 생성물	산화·환원 여부	생성된 고에너지 전자 운반체
이소시트르산 탈수소효소	이소시트르산 → α-케토글루타르산	산화(탈수소)	NADH
숙신산 탈수소효소	숙신산 → 푸마르산	산화(탈수소)	FADH₂
말산 탈수소효소	말산 → 옥살아세트산	산화(탈수소)	NADH

암기 팁 "크렙스 순환 효소 순서"를 암기할 때 "시-아-이-케-숙-숙-푸-말"로 외워보세요! 각각 시트르산 합성효소, 아콘산 가수분해효소, 이소시트르산 탈수소효소, 케토글루타르산 탈수소효소 복합체, 숙시닐-CoA 합성효소, 숙신산 탈수소효소, 푸마라아제, 말산 탈수소효소를 의미해요. "크렙스 순환의 마지막은 '말산 → 옥살아세트산'"임을 기억하면 이 문제는 쉽게 맞출 수 있어요! 국시 빈출 포인트 약사 국가고시 생화학에서 크렙스 순환은 효소와 그 생성물, 특히 기질수준인산화(Substrate-level phosphorylation)가 일어나는 단계(숙시닐-CoA → 숙신산, GTP 생성)와 각 탈수소효소가 NADH와 FADH₂ 중 무엇을 생성하는지가 자주 출제돼요. 단순 순서 암기보다 "어느 효소가 산화·환원 반응을 촉매하고, 어떤 전자 운반체가 생성되는지"를 연결지어 공부하세요.

약국/임상 실무 가이드 크렙스 순환은 세포 호흡의 중심 경로로서, 약리학적으로는 약물의 에너지 대사에 미치는 영향이나 미토콘드리아 독성과 관련이 깊어요. 예를 들어, 일부 항암제나 항당뇨병약은 미토콘드리아 기능에 영향을 주어 크렙스 순환 효소 활성을 저해할 수 있어요. 임상 시나리오 (Clinical Scenario) 메트포르민(Metformin)을 복용 중인 제2형 당뇨병 환자가 젖산산증(Lactic acidosis) 증상으로 응급실에 내원했어요. 메트포르민은 미토콘드리아 복합체 I(Complex I)을 억제하여 크렙스 순환으로 유입되는 NADH의 산화를 방해하고, 이로 인해 NADH/NAD+ 비율이 증가하여 해당과정(Glycolysis)에서 생성된 피루브산(Pyruvate)이 젖산(Lactate)으로 전환되는 양이 증가하게 돼요. 복약지도 및 중재 전략 (Counseling & Intervention) 약사는 메트포르민 처방 시 환자에게 핵심! 신기능 장애(Renal impairment), 간기능 장애, 심부전, 과도한 알코올 섭취 등 젖산산증 위험 인자를 반드시 확인하고, 특히 eGFR < 30 mL/min/1.73m²인 환자에게는 메트포르민을 금기해야 해요. 갑작스러운 근육통, 호흡곤란, 복통, 저체온증 등의 증상이 나타나면 즉시 의료기관을 방문하도록 복약지도해야 합니다. 환자 안전 및 주의사항 (Precautions) 크렙스 순환 관련 약물 독성의 예로, 플루오로아세트산(Fluoroacetate)는 아콘산 가수분해효소(Aconitase)를 억제하여 순환을 차단함으로써 독성을 나타내요. 또한, 일부 항암제(예: 독소루비신(Doxorubicin))는 심장 미토콘드리아의 크렙스 순환 효소와 전자전달계에 손상을 주어 심근병증(Cardiomyopathy)을 유발할 수 있어요. 선배 약사의 한마디 "크렙스 순환은 단순히 생화학 교과서에만 나오는 내용이 아니에요. 메트포르민의 젖산산증 위험이나 특정 항암제의 심장 독성을 이해하려면 이 대사 경로가 정말 중요하답니다. '이 약물이 미토콘드리아 기능에 어떤 영향을 줄까?'를 고민하면 약리학이 훨씬 더 재미있어질 거예요!"