산화적 인산화

1. 개요

산화적 인산화는 전자전달계를 통해 NADH와 같은 전자 공여체에서 산소와 같은 전자 수용체로 전자가 이동하는 과정에서 에너지를 방출하고, 이 에너지를 이용하여 ATP를 합성하는 대사 경로이다. 이 과정은 미토콘드리아 내막에서 일어나며, 화학삼투 과정을 통해 H+의 이동으로 ATP 생성효소가 작동하여 ATP를 합성한다. 산화적 인산화는 해당과정보다 훨씬 많은 ATP를 생성하며, 지방산의 β 산화와 같은 다른 대사 경로와도 연결되어 있다. 전자전달계는 복합체 I부터 IV까지의 효소 복합체로 구성되며, 각 복합체는 전자를 전달하고 H+을 펌핑하여 막 간 공간에 전기화학적 기울기를 형성한다. ATP 생성효소(복합체 V)는 이 기울기를 이용하여 ATP를 합성한다. 산화적 인산화는 활성산소의 생성과 연관되어 있으며, 저해제에 의해 억제될 수 있다. 이 과정에 대한 연구는 20세기 초부터 시작되어 화학삼투설의 발견과 ATP 생성효소의 작동 메커니즘 규명으로 이어졌다.

2. 화학삼투

산화적 인산화는 혐기성 발효보다 훨씬 많은 에너지를 방출한다. 해당과정은 포도당 1분자당 2ATP를 생산하지만, 산화적 인산화는 포도당 1분자당 28~34ATP를 생산한다. 지방산의 β 산화는 각 사이클당 약 14ATP를 생산한다. 이러한 ATP 수율은 이론적인 최대값이나, 실제로는 일부 H⁺(양성자)가 막을 통해 누출되어 ATP 수율이 감소한다.

2.1. 화학삼투의 구성 요소

산화적 인산화는 에너지 방출 반응을 사용하여 에너지 흡수 반응을 진행시킨다. 두 세트의 반응은 짝지어져 있는데, 이는 두 반응 중 하나가 작동하지 않으면 다른 하나도 작동할 수 없다는 것을 의미한다. NADH와 같은 전자 공여체에서부터 산소(O₂)와 같은 전자 수용체에 이르기까지 전자전달계를 통한 전자의 흐름은 에너지를 방출하는 과정이다. 반면에 ATP 합성은 에너지를 흡수하는 과정이다. 전자전달계와 ATP 생성효소는 모두 미토콘드리아 내막에 존재하고, 미토콘드리아 내막을 통과하는 H⁺의 움직임에 의해 전자전달계에서 ATP 생성효소로 에너지가 전달되는데, 이러한 과정을 화학삼투라고 한다. 실제로 이것은 단순한 전기 회로 같으며, H⁺는 전자전달계의 H⁺ 펌핑 효소들에 의해 미토콘드리아 기질(N쪽, 상대적으로 H⁺ 농도가 낮은 쪽)에서 막 사이 공간(P쪽, 상대적으로 H⁺ 농도가 높은 쪽)으로 능동수송된다. 이러한 효소들은 배터리와 같으며, 회로를 통해 전류를 흐르게 하는 일을 수행한다. H⁺(양성자)의 움직임은 막을 가로질러 전기화학적 기울기를 만들어 내는데, 이것은 종종 양성자 구동력이라고 불린다. 양성자 구동력은 H⁺의 농도 차이(양성자 기울기, ΔpH)로 인한 화학적인 위치 에너지와 H⁺가 상대 이온 없이 막을 지나 이동할 때, 전하의 분리 차이로 인한 전기적인 위치 에너지의 2가지 구성 요소를 갖는다.

H⁺가 전기화학적 기울기에 따라 막 사이 공간(P쪽)에서 미토콘드리아 기질(N쪽)로 ATP 생성효소를 통해 확산될 때 방출되는 에너지로 ATP를 합성한다. 이러한 전기화학적 기울기는 ATP 생성효소의 일부를 회전시키는 구동력으로 작용하고, 이러한 움직임은 ATP 합성과 짝지워진다.

양성자 구동력의 2가지 구성 요소는 열역학적으로 동등하다. 미토콘드리아에서 에너지의 가장 큰 부분은 전위차에 의해 주어진다. 반면에 엽록체는 주로 ΔpH 차이에 의해 작동한다.

3. 전자전달계

해당과정, 시트르산 회로, 지방산의 β 산화와 같은 많은 생화학적 이화작용들은 환원된 조효소인 NADH를 생성한다. NADH는 고에너지 전자를 가지고 있어서 산화될 때 많은 양의 에너지를 방출한다. 그러나 세포는 이 에너지를 한꺼번에 방출하지 않고, NADH에서 전자를 떼어내어 일련의 전자전달효소들을 통해 산소로 전달하며, 각 과정에서 소량의 에너지를 방출한다. 복합체 I~IV로 구성된 효소 집합은 전자전달계라고 불리며, 미토콘드리아 내막에 존재한다. 석신산도 전자전달계에서 산화되지만, 복합체 II를 통해 유입된다.

전자전달계는 양성자와 전자를 모두 운반하며, 전자를 전자 공여체에서 전자 수용체로 전달하고, H⁺(양성자)를 막을 가로질러 능동수송한다. 이 과정에는 가용성 전달 분자 및 단백질에 결합된 전달 분자가 모두 사용된다.

* 진핵생물의 전자전달계
* 원핵생물의 전자전달계
* 전자 및 양성자 전달 분자

3.1. 진핵생물의 전자전달계

해당과정, 시트르산 회로, 지방산의 β 산화와 같은 여러 생화학적 이화작용은 환원된 조효소인 NADH를 생성한다. NADH는 고에너지 전자를 가지고 있어 산화될 때 많은 양의 에너지를 방출한다. 세포는 이 에너지를 한꺼번에 방출하지 않고, NADH에서 전자를 떼어내어 일련의 전자전달효소들을 통해 산소로 전달하며 각 과정에서 소량의 에너지를 방출한다. 복합체 I~IV로 구성된 효소 집합은 전자전달계라고 불리며, 미토콘드리아 내막에 존재한다. 석신산도 전자전달계에서 산화되지만, 복합체 II를 통해 유입된다.

진핵생물에서 전자전달계 효소는 NADH 산화 시 방출되는 에너지를 이용하여 미토콘드리아 기질에서 막 사이 공간으로 H⁺(양성자)를 능동수송한다. 이는 막 사이 공간의 H⁺ 농도를 증가시키고, 미토콘드리아 내막을 가로질러 전기화학적 기울기를 생성한다. 이 위치 에너지는 ATP 생성효소에 의해 ATP를 생성하는데 사용된다. 진핵생물의 미토콘드리아에서 일어나는 산화적 인산화는 이 과정의 가장 잘 알려진 예이다. 미토콘드리아는 질 트리코모나스(Trichomonas vaginalis)와 같은 혐기성 원생생물을 제외한 거의 모든 진핵생물에 존재한다. 질 트리코모나스는 하이드로게노솜(hydrogenosome, 수소발생소포)이라 불리는 미토콘드리아 잔존 세포소기관에서 H⁺를 수소로 환원시킨다.

진핵생물의 전형적인 호흡 효소와 기질은 다음 표와 같다.

3.1.1. 복합체 I (NADH:유비퀴논 산화환원효소)

NADH:유비퀴논 산화환원효소 (NADH-Q 산화환원효소)는 NADH 탈수소효소 또는 복합체 I 이라고도 불리며, 전자전달계의 첫 번째 단백질이다. 복합체 I은 46개의 소단위체로 구성되어 분자량이 약 1,000 kDa인 거대 효소이다. 세균에서 복합체 I의 구조는 자세하게 알려져 있다. 대부분의 생물에서 복합체 I은 큰 볼이 있는 부츠 모양을 하고 있다. 미토콘드리아에 존재하는 많은 효소들과 마찬가지로, 복합체 I을 구성하는 개별 단백질을 암호화하는 유전자는 세포핵과 미토콘드리아 게놈 모두에 존재한다.

복합체 I에 의해 촉매되는 반응은 NADH의 두 전자를 유비퀴논(조효소 Q10)으로 전달하는 산화 반응이다. 유비퀴논은 미토콘드리아 내막에서 발견되는 지용성 퀴논이다.

전자전달계의 시작은 NADH가 복합체 I에 결합하여 두 전자를 제공하는 것이다. 전자는 복합체 I에 결합된 보결분자단인 플라빈 모노뉴클레오타이드(FMN)를 통해 복합체 I으로 들어간다. FMN이 전자를 얻으면 환원형인 FMNH₂로 변환된다. 그런 다음 전자는 복합체 I의 두 번째 보결분자단인 일련의 철-황 클러스터를 통해 전달된다. 복합체 I에는 [2Fe–2S]와 [4Fe–4S] 철-황 클러스터가 모두 존재한다.

전자가 복합체 I을 통과함에 따라 4개의 H⁺(양성자)가 미토콘드리아 기질에서 막 사이 공간으로 능동수송된다. 이 과정이 정확히 어떻게 일어나는지는 분명하지 않지만, 복합체 I의 구조적 변화로 인해 단백질이 미토콘드리아 기질(N쪽)에서 H⁺를 결합시키고 막 사이 공간(P쪽)에서 H⁺를 방출하는 것으로 보인다. 마지막으로 전자는 철-황 클러스터 사슬에서 미토콘드리아 내막의 유비퀴논으로 전달된다. 유비퀴논의 환원은 H⁺ 농도 기울기 생성에도 기여하는데, 유비퀴논(Q)이 유비퀴놀(QH₂)로 환원될 때 미토콘드리아 기질에서 2개의 H⁺가 감소하기 때문이다.

3.1.2. 복합체 II (석신산 탈수소효소)

3.1.3. 복합체 III (유비퀴논:사이토크롬 c 산화환원효소)

3.1.4. 복합체 IV (사이토크롬 c 산화효소)

사이토크롬 c 산화효소 또는 복합체 IV는 전자전달계의 마지막 단백질 복합체이다. 포유류의 효소는 매우 복잡한 구조를 가지고 있으며, 13개의 소단위체, 2개의 헴기, 구리 원자 3개, 마그네슘 원자 1개, 아연 원자 1개를 포함하는 금속 이온으로 구성된다.

3.2. 원핵생물의 전자전달계

진핵생물에서 전자전달계의 구조와 기능이 일반적으로 유사성을 가지고 있는 것과는 달리 세균과 고세균은 매우 다양한 전자전달효소들을 가지고 있다. 세균과 고세균은 다양한 화학 물질을 기질로 사용한다. 진핵생물과 마찬가지로 원핵생물의 전자전달계는 기질의 산화로부터 방출된 에너지를 사용하여 막을 가로질러 이온을 능동수송하고 막을 경계로 전기화학적 기울기를 형성시킨다. 세균에서는 대장균(Escherichia coli)의 산화적 인산화가 가장 잘 연구되고 알려져 있는 반면 고세균의 산화적 인산화는 현재까지 잘 알려져 있지 않다.

진핵생물과 원핵생물의 산화적 인산화에서 주된 차이점은 원핵생물은 전자 공여체나 전자 수용체로 매우 다양한 물질을 사용한다는 점이다. 이것은 원핵생물이 다양한 환경 조건하에서 살아갈 수 있게 한다. 예를 들어 대장균에서 산화적 인산화는 아래에 열거된 다양한 환원제와 산화제에 의해 작동할 수 있다. 화학 물질의 표준환원전위는 산화되거나 환원될 때 방출되는 에너지의 양으로 측정한다. 표준환원전위에서 환원제는 음의 값을 가지고, 산화제는 양의 값을 가진다.

3.3. 전자 및 양성자 전달 분자

전자전달계는 양성자와 전자를 모두 운반하며, 전자를 전자 공여체에서 전자 수용체로 전달하고, H⁺(양성자)를 막을 가로질러 능동수송한다. 이 과정에서 가용성 전달 분자 및 단백질에 결합된 전달 분자를 사용한다. 미토콘드리아에서 전자는 수용성 전자전달 단백질인 사이토크롬 c에 의해 막 사이 공간 내에서 전달된다. 전자전달 단백질 내의 헴기가 가지고 있는 철 원자의 산화와 환원에 의해 전자가 전달된다. 사이토크롬 c는 몇몇 세균의 주변세포질 공간에서도 발견된다.

미토콘드리아 내막에 존재하는 지용성 전자운반체인 유비퀴논(조효소 Q₁₀ 또는 Q)은 산화환원 회로에 의해 전자와 H⁺(양성자)를 둘 다 운반한다. 유비퀴논은 작은 벤조퀴논 분자로 매우 소수성이어서 막 내부에서 자유롭게 확산된다. 유비퀴논(Q)이 2개의 전자와 2개의 H⁺를 받아들이면, 유비퀴놀(QH₂)의 형태로 환원된다. 유비퀴놀(QH₂)이 2개의 전자와 2개의 H⁺를 방출하면, 산화되어 다시 유비퀴논(Q)의 형태로 되돌아간다. 유비퀴논(Q)이 막의 한 쪽에서 환원되고, 다른 한 쪽에서 유비퀴놀(QH₂)이 산화되면, 이러한 반응들을 결합시켜 막을 통해 H⁺를 능동수송한다. 일부 세균의 전자전달계는 유비퀴논 외에 메나퀴논과 같은 다른 퀴논을 사용한다.

4. ATP 생성효소 (복합체 V)

ATP 생성효소(복합체 V)는 산화적 인산화 경로의 마지막 효소이다. 이 효소는 거의 모든 생물에서 발견되며, 원핵생물과 진핵생물 모두에서 동일한 방식으로 기능한다. ATP 생성효소는 막을 가로지르는 H⁺(양성자)의 농도 기울기에 저장된 에너지를 사용하여 ADP와 인산(P_i)로부터 ATP를 합성한다. ATP 하나를 합성하는 데 필요한 양성자 수는 3~4개로 추정되지만, 세포가 서로 다른 조건에 맞게 이 비율을 조절할 수 있다는 주장도 있다.

이 인산화 반응은 평형이며, 양성자 구동력을 변화시킴으로써 평형을 이동시킬 수 있다. 양성자 구동력이 없으면 ATP 생성효소 반응은 오른쪽에서 왼쪽으로 진행되어 ATP를 가수분해하고 기질에서 막을 가로질러 양성자를 펌핑한다. 그러나 양성자 구동력이 높으면 반응은 반대 방향으로 진행되어 양성자가 농도 기울기를 따라 흐르도록 하고 ADP를 ATP로 전환한다. 실제로 밀접하게 관련된 액포형 H+-ATPase에서는 가수분해 반응을 사용하여 양성자를 펌핑하고 ATP를 가수분해함으로써 세포 내 구획을 산성화한다.

일부 박테리아와 고균에서는 양성자의 이동이 아니라 세포막을 통한 나트륨 이온(Na⁺)의 이동에 의해 ATP 합성이 구동된다. 메타노코쿠스와 같은 고세균은 다른 박테리아 및 진핵생물 ATP 생성효소 서브유닛과 서열 유사성이 거의 없는 추가 단백질을 포함하는 A₁A_o 생성효소를 갖는데, 일부 종에서는 A₁A_o 형태의 효소가 특수한 나트륨 구동 ATP 생성효소일 가능성이 있지만, 모든 경우에 해당되는 것은 아니다.

4.1. ATP 생성효소의 구조

ATP 생성효소는 산화적 인산화 경로의 마지막 효소로, 거의 모든 생물에서 발견되며 원핵생물과 진핵생물에서 동일한 방식으로 작동한다. ATP 생성효소는 ADP와 인산(P_i)으로부터 ATP를 합성하기 위해 막을 경계로 형성된 H⁺의 농도 기울기의 형태로 저장된 에너지를 사용한다. 하나의 ATP를 합성하는데 필요한 H⁺(양성자)의 수는 3~4 사이로 추정되며, 일부 세포들은 다른 조건들에 맞추어 이 비율을 바꿀 수 있다.

ATP 생성효소는 버섯 모양의 거대한 단백질 복합체이다. 포유류의 ATP 생성효소는 16개의 소단위체를 포함하고, 약 600 kDa의 분자량을 갖는다. F_o (o는 올리고마이신 민감성을 의미)는 막에 묻혀있는 부분으로 c 소단위체와 양성자(H⁺) 통로를 포함한다. F₁은 기둥과 공 모양의 머리 부분으로 ATP를 합성하는 부위이다. F₁은 9개의 소단위체로 구성되어 있고, 소단위체는 5종류가 있으며, 그 구성은 α₃β₃γδε이다. F₁의 공 모양의 복합체는 2가지 종류의 6개의 단백질(3개의 α 소단위체와 3개의 β 소단위체)로 구성된다. F₁의 γ 소단위체는 α 소단위체와 β 소단위체로 구성된 공 모양의 구조물 중앙을 관통하는 중심축 같은 구조이다. F₁의 α 및 β 소단위체는 둘 다 뉴클레오타이드와 결합하지만, β 소단위체만이 ATP 합성반응을 촉매한다. F₁의 γ 소단위체와 ε 소단위체는 α 소단위체와 β 소단위체를 효소의 기저부에 고정시킨다.

H⁺(양성자)가 ATP 생성효소의 기저부에 있는 통로를 통해 막을 가로질러 통과함에 따라 F_o의 양성자 구동 모터가 회전한다. 모터의 회전은 H⁺(양성자)가 통로를 지나갈 때 c 소단위체의 고리를 회전시키는 정전기적 상호작용과 이로 인한 c 소단위체 고리 내에서 아미노산의 이온화 상태의 변화로 인해 야기될 수 있다. 이러한 회전 고리는 α 소단위체와 β 소단위체를 관통하는 중심 축(γ 소단위체)을 차례로 회전시킨다. α와 β 소단위체는 고정자 역할을 하는 측면 팔 구조에 의해 스스로 회전하는 것을 방지한다. α와 β 소단위체를 관통하는 γ 소단위체의 움직임은 β 소단위체 내의 활성 부위에서 ATP를 생성하고 ATP를 방출하기 위해 필요한 에너지를 제공한다.

4.2. ATP 생성효소의 작동 방식

ATP 생성효소는 미토콘드리아 내막에 위치하며, 산화적 인산화 과정에서 핵심적인 역할을 수행하는 효소 복합체이다. 이 효소는 H⁺(양성자)의 농도 기울기를 이용하여 ADP와 인산(P_i)으로부터 ATP를 생성한다. ATP 생성에 필요한 H⁺(양성자)의 수는 3~4개로 추정되며, 세포는 조건에 따라 이 비율을 조절할 수 있다.

이 인산화 반응은 양성자 구동력에 의해 평형이 조절된다. 양성자 구동력이 낮으면 ATP 생성효소는 ATP를 가수분해하여 H⁺(양성자)를 막 사이 공간으로 능동수송하고, 반응은 오른쪽에서 왼쪽으로 진행된다. 반대로 양성자 구동력이 높으면 H⁺(양성자)가 농도 기울기에 따라 ATP 생성효소를 통해 확산되어 ADP를 ATP로 전환시키고, 반응은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행된다.

ATP 생성효소는 F_o와 F₁의 두 부분으로 구성된 복합체이다. F_o는 막에 위치하며 c 소단위체와 H⁺(양성자) 통로를 포함하고, F₁은 머리 부분으로 ATP 합성 부위이다. F₁은 9개의 소단위체(α₃β₃γδε)로 구성되며, α 소단위체와 β 소단위체는 뉴클레오타이드와 결합하지만, β 소단위체만이 ATP 합성을 촉매한다.

H⁺(양성자)가 F_o를 통과하면 F_o의 모터가 회전하고, 이는 c 소단위체의 고리를 회전시키는 정전기적 상호작용과 아미노산의 이온화 상태 변화로 인해 발생한다. 이 회전은 γ 소단위체를 회전시키고, γ 소단위체의 움직임은 β 소단위체의 활성 부위에서 ATP를 생성하고 방출하는 데 필요한 에너지를 제공한다.

5. 활성산소

산소(O₂)는 강력한 산화제이므로 이상적인 최종 전자 수용체이다. 하지만 산소가 환원되는 과정에서 초과산화물(superoxide)이나 과산화물(peroxide)과 같이 반응성이 크고 위험한 활성 산소가 생성될 수 있다.

\begin{matrix}
\ce{O2 ->[\ce{e^-}] \underset{Superoxide}{O2^{\underline{\bullet}}} ->[\ce{e^-}] \underset{Peroxide}{O2^{2-}}}\\{}
\end{matrix}

이러한 활성산소와 그 반응 생성물(예: 하이드록실 라디칼)은 단백질을 산화시키고 DNA에 돌연변이를 유발하여 세포에 매우 해롭다. 이러한 세포 손상은 질병의 원인이 될 수 있으며, 노화의 원인 중 하나로 제시된다.

전자전달계에서는 소량의 초과산화물 및 과산화물이 생성되는데, 특히 복합체 III에서 유비퀴논의 환원이 중요하다. 미토콘드리아는 ATP 생산과 산화제 생성의 균형을 이루는 좁은 범위 내에서 막전위를 유지하도록 조절한다.

세포는 비타민 C, 비타민 E와 같은 항산화 비타민과 초과산화물 불균등화효소, 카탈레이스, 과산화효소와 같은 항산화 효소를 포함하는 수많은 항산화 시스템을 가지고 있어서 활성산소를 해독하여 세포 손상을 방지한다.

5.1. 활성산소의 생성 및 제거

산소(O₂)는 강력한 산화제이기 때문에 이상적인 최종 전자 수용체이다. 산소의 환원 과정에는 잠재적으로 해로운 중간생성물이 형성될 수 있다. 산소에 4개의 전자와 4개의 양성자가 전달되면 무해한 물(H₂O)로 환원된다. 하지만 1개 또는 2개의 전자가 전달되면 초과산화물이나 과산화물이 생성되는데, 이들은 반응성이 커서 위험하다.

\begin{matrix}
\ce{O2 ->[\ce{e^-}] \underset{Superoxide}{O2^{\underline{\bullet}}} ->[\ce{e^-}] \underset{Peroxide}{O2^{2-}}}\\{}
\end{matrix}

이러한 활성산소와 하이드록시 라디칼 같은 반응 산물들은 단백질을 산화시키고 DNA에 돌연변이를 유발하기 때문에 세포에 매우 해롭다. 이러한 세포 손상은 질병의 원인이 될 수 있으며, 노화의 원인 중 하나로 제시된다.

사이토크롬 c 산화효소 복합체는 산소(O₂)를 물(H₂O)로 환원시키는데 매우 효율적이며, 부분적으로 환원된 중간생성물을 거의 방출하지 않는다. 그러나 전자전달계에 의해 소량의 초과산화물 및 과산화물이 생성된다. 반응성이 큰 세미퀴논 라디칼이 Q 회로에서 중간생성물로 형성되기 때문에 복합체 III에서 유비퀴논의 환원이 특히 중요하다. 세미퀴논 라디칼은 불안정해서 전자가 산소로 직접 전달될 때 전자의 누출을 일으켜 초과산화물을 형성시킨다. 이러한 양성자 펌핑 복합체에 의한 활성산소의 생성은 높은 막전위에서 가장 크기 때문에, 미토콘드리아가 ATP 생산과 산화제 생성의 균형을 이루는 좁은 범위 내에서 막전위를 유지하도록 활성을 조절하는 것이 제안되었다. 예를 들어 산화제는 막전위를 감소시키는 짝풀림 단백질을 활성화시킬 수 있다.

이러한 활성산소에 대응하기 위해 세포는 비타민 C, 비타민 E와 같은 항산화 비타민과 초과산화물 불균등화효소, 카탈레이스, 과산화효소와 같은 항산화 효소를 포함하는 수많은 항산화 시스템을 가지고 있어서 활성산소를 해독하여 세포 손상을 방지한다.

6. 저해제

산화적 인산화를 저해하는 몇 가지 약물과 독소가 알려져 있다. 이러한 독소 중 하나가 산화적 인산화 경로의 특정 효소를 저해하면, 연쇄 반응으로 인해 나머지 과정도 멈추게 된다. 예를 들어, 올리고마이신이 ATP 생성효소를 저해하면, H⁺(양성자)는 미토콘드리아 기질로 돌아갈 수 없게 된다. 그 결과 H⁺의 농도 기울기가 너무 강해져 펌프가 작동할 수 없게 된다. NADH는 더 이상 산화되지 못하고, NAD⁺ 농도가 낮아져 시트르산 회로도 멈춘다.

7. 역사

아서 하든이 1906년 발효에서 인산의 중요성을 발표하면서 산화적 인산화 연구가 시작되었지만, 처음에는 당인산만 관련있는 것으로 알려졌다. 1940년대 초 헤르만 칼카르(Herman Kalckar)가 당의 산화와 ATP 생성 간의 연관성을 확립했고, 1941년 프리츠 앨버트 리프먼은 에너지 전달에서 ATP의 핵심 역할을 확인했다. 1949년 모리스 프리드킨(Morris Friedkin)과 앨버트 L. 레닌저(Albert L. Lehninger)는 NADH가 시트르산 회로 및 ATP 합성과 같은 대사 경로와 연결됨을 증명했다. 1939년 소련의 볼로디미르 벨리체르(Volodymyr Belitser)가 산화적 인산화라는 용어를 만들었다.

이후 20년간 ATP 생성 메커니즘은 수수께끼였고, 과학자들은 산화와 인산화 반응을 연결하는 "고에너지 중간산물"을 찾았다. 1961년 피터 D. 미첼의 화학삼투설 발표로 이 수수께끼가 해결되었다. 처음에는 논란이 있었지만, 점차 받아들여져 미첼은 1978년 노벨 화학상을 수상했다. 이후 에프라임 랙커(Efraim Racker)의 ATP 생성효소 연구, 데이비드 E. 그린(David E. Green)의 전자전달계 복합체 연구 등 관련 효소 정제 및 특성 연구가 이어졌다. 폴 D. 보이어는 1973년 결합 변화 메커니즘, 1982년 회전 촉매 방식을 제안하여 ATP 생성효소 작동 메커니즘 이론을 제시했다. 이후 존 E. 워커가 산화적 인산화 관련 효소 구조를 연구했고, 워커와 보이어는 1997년 노벨 화학상을 수상했다.

8. 더 읽을거리

* 넬슨(Nelson DL), 콕스(Cox MM) 공저, 《레닌저 생화학》(Lehninger Principles of Biochemistry), 제4판, W. H. Freeman, 2004, ISBN 0-7167-4339-6.
* 슈나이더(Schneider ED), 세이건(Sagan D) 공저, 《차가움 속으로: 에너지 흐름, 열역학 및 생명》(Into the Cool: Energy Flow, Thermodynamics and Life), 초판, 시카고 대학교 출판부, 2006, ISBN 0-226-73937-6.
* 레인(Lane N), 《힘, 섹스, 자살: 미토콘드리아와 생명의 의미》(Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life), 초판, 옥스퍼드 대학교 출판부, 미국, 2006, ISBN 0-19-920564-7.
* 니콜스(Nicholls DG), 퍼거슨(Ferguson SJ) 공저, 《생체에너지학 3》(Bioenergetics 3), 초판, Academic Press, 2002, ISBN 0-12-518121-3.
* 헤이니(Haynie D), 《생물학적 열역학》(Biological Thermodynamics), 초판, 케임브리지 대학교 출판부, 2001, ISBN 0-521-79549-4.
* 라잔(Rajan SS), 《생체에너지학 개론》(Introduction to Bioenergetics), 초판, Anmol, 2003, ISBN 81-261-1364-2.
* 윅스트롬(Wikstrom M) 편집, 《생체에너지학의 생물물리학적 및 구조적 측면》(Biophysical and Structural Aspects of Bioenergetics), 초판, Royal Society of Chemistry, 2005, ISBN 0-85404-346-2.
* 와일리 생화학 개념의 산화적 인산화 애니메이션 [http://www.wiley.com/legacy/college/boyer/0470003790/animations/electron_transport/electron_transport.htm].
* 일리노이 대학교 어바나-샴페인 안토니 크로프츠의 온라인 생물물리학 강의.
* 그레이엄 존슨의 ATP 생성효소 [https://www.youtube.com/watch?v=PjdPTY1wHdQ].
* PDB 분자 목록:
* ATP 생성효소.
* 사이토크롬 c.
* 사이토크롬 c 산화효소.
* 페르난두 페소아 대학교의 대화형 분자 모델:
* NADH 탈수소효소.
* 석신산 탈수소효소.
* 조효소 Q-사이토크롬 c 환원효소.
* 사이토크롬 c 산화효소.