산소가 충분한 성숙 적혈구 A와 정상 심근세포 B를 비교했다. ATP 생성에 이용할 수 있는 경로의 연결은?

성숙 적혈구에는 미토콘드리아가 없어 ATP를 해당과정에 의존한다. 심근세포는 미토콘드리아가 있어 해당과정과 산화적 인산화를 이용할 수 있다. 산소가 충분해도 적혈구에 없는 미토콘드리아 경로가 생기지는 않는다.

[근거] OpenStax Anatomy and Physiology 2e — https://openstax.org/books/anatomy-and-physiology-2e/pages/18-3-erythrocytes

성숙 적혈구는 핵과 미토콘드리아를 모두 잃은 세포이므로, 산소가 충분한 환경에서도 미토콘드리아에서 일어나는 산화적 인산화(oxidative phosphorylation)와 시트르산회로(citric acid cycle)를 이용하지 못합니다. 적혈구의 ATP 생성은 전적으로 세포질에서 일어나는 해당과정(glycolysis)에 의존합니다. ^{[1] [3]}

정상 심근세포는 미토콘드리아가 풍부한 세포로, 산소가 충분한 조건에서는 해당과정으로 생성된 피루브산이 미토콘드리아로 들어가 시트르산회로와 산화적 인산화를 거치면서 대량의 ATP를 생산합니다. 동시에 심근세포는 해당과정 자체로도 ATP를 생성할 수 있으므로, 두 경로를 모두 이용할 수 있습니다. ^{[1] [4]}

심근세포에서 해당과정과 산화적 인산화는 ATP 생성뿐 아니라 세포막의 ATP 민감성 칼륨 통로(K_ATP channel)를 조절하는 데에도 서로 다른 방식으로 관여합니다. 기니피그 심실근세포를 이용한 연구에서 해당과정, 산화적 인산화, 크레아틴 키네이스계, 외인성 ATP가 모두 ATP 민감성 칼륨 통로를 억제할 수 있었는데, 이는 심근세포가 여러 대사 경로를 통해 ATP를 공급하고 세포 기능을 조절함을 보여줍니다. ^[1]

적혈구의 대사는 ATP 생성 외에도 산소 운반 기능과 밀접하게 연결되어 있습니다. 적혈구는 해당과정의 곁가지 경로인 Rapoport-Luebering shunt를 통해 2,3-비스포스포글리세르산(2,3-DPG)을 생성하는데, 2,3-DPG는 헤모글로빈의 산소 친화도를 낮추어 조직으로의 산소 전달을 촉진합니다. ^[2] 적혈구가 미토콘드리아 대신 해당과정만을 사용하는 것은 ATP를 얻기 위한 제한이 아니라, 산소를 운반하는 세포로서 산소를 소비하지 않는 방식으로 진화한 결과로 이해할 수 있습니다. ^[3]

구분	성숙 적혈구(A)	정상 심근세포(B)
미토콘드리아	없음	풍부함
산화적 인산화	불가능	가능
해당과정	유일한 ATP 생성 경로	가능(산화적 인산화와 함께 이용)
대사 특징	2,3-DPG 생성으로 산소 전달 조절	ATP 민감성 칼륨 통로 조절 등 다양한 대사 경로 활용

혼동 주의! 적혈구는 산소를 운반하지만 산소를 이용해 ATP를 만들지 않습니다. 미토콘드리아가 없기 때문입니다. 심근세포는 산소가 충분하면 주로 산화적 인산화에 의존하지만, 해당과정도 여전히 작동하므로 두 경로가 모두 연결됩니다. ^{[1] [3]}