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코리 회로

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1. 개요

코리 회로는 근육에서 생성된 젖산을 간에서 포도당으로 재합성하여 근육으로 다시 공급하는 대사 과정이다. 격렬한 운동 시 근육은 산소 부족 상태에서 젖산을 생성하고, 이 젖산은 간으로 이동하여 포도당으로 전환된다. 이 포도당은 다시 근육으로 공급되어 에너지원으로 사용된다. 코리 회로는 젖산 축적을 막고, ATP 생성에 기여하며, 단식 시 포도당 공급에 중요한 역할을 한다. 또한, 메트포르민과 같은 약물은 코리 회로에 영향을 미쳐 신부전 환자에게 젖산산증을 유발할 수 있다.

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코리 회로
코리 회로 개요
코리 회로 개략도
코리 회로 개략도
다른 이름젖산 회로
회로 참여 물질글루코스
젖산
관련 위치근육
상세 설명
과정 요약무산소 조건에서 근육에서 생성된 젖산이 혈액을 통해 간으로 운반되어 글루코스 신생합성을 거쳐 다시 글루코스로 전환되고, 이 글루코스는 혈액을 통해 근육으로 다시 운반되어 에너지를 공급하는 과정
주요 단계근육에서의 글루코스 -> 젖산 변환 (해당과정)
젖산의 혈액을 통한 간으로의 이동
간에서의 젖산 -> 글루코스 변환 (글루코스 신생합성)
글루코스의 혈액을 통한 근육으로의 이동
에너지 요구량간에서 젖산을 글루코스로 전환하는 과정은 에너지를 소모함 (글루코스 신생합성)
생리학적 중요성격렬한 운동 중 근육에 에너지 공급
혈당량 유지
젖산 축적 방지
관련 질병코리병 (글리코겐 저장 질환 III형)
관련 연구
발견칼 코리, 거티 코리 부부가 발견
연구 내용탄수화물 대사 연구

2. 과정

코리 회로의 모식도


코리 회로는 근육에서 생성된 젖산이 간으로 이동하여 포도당으로 다시 합성되고, 이 포도당이 다시 근육으로 돌아와 에너지원으로 사용되는 대사 경로이다.

거티 코리칼 퍼디낸드 코리는 코리 회로의 발견이 아니라 글리코젠의 촉매적 전환 과정을 발견한 공로로 1947년에 노벨 생리학·의학상을 공동 수상했다.[14]

코리 회로는 다음과 같은 주요 단계로 구성된다.

  • 근육에서 해당과정을 통해 포도당이 피루브산으로 분해되고, 산소가 부족한 환경에서 피루브산은 젖산으로 전환된다. 이 과정에서 2ATP가 생성된다.
  • 젖산은 혈류를 통해 으로 운반된다.
  • 간에서 젖산은 포도당신생합성 과정을 통해 다시 포도당으로 전환된다. 이 과정에서 6ATP가 소모된다.
  • 생성된 포도당은 다시 혈류를 통해 근육으로 운반되어 에너지원으로 사용되거나, 글리코젠 형태로 저장된다.


코리 회로의 각 순환 과정에서 4개의 ATP 분자가 순수하게 소비된다. 이러한 ATP의 집중적인 소모는 물질대사 부담을 근육에서 간으로 이동시키는 역할을 한다.

2. 1. 근육에서의 젖산 생성

근육 활동에는 골격근에서 글리코젠 분해를 통해 공급되는 ATP가 필요하다. 글리코젠 분해는 포도당 1-인산(G1P)의 형태로 포도당을 방출한다. 포도당 1-인산은 포스포글루코뮤테이스에 의해 포도당 6-인산(G6P)으로 전환된다. 포도당 6-인산은 에너지원으로 근육 세포에 ATP를 공급하는 과정인 해당과정으로 쉽게 들어갈 수 있다. 근육 활동 중에 ATP는 지속적으로 보충되어야 한다. 산소(O2)의 공급이 충분할 때 이 에너지는 해당과정의 산물인 피루브산을 피루브산의 산화를 거쳐 시트르산 회로로 공급하여 궁극적으로 산소 의존적인 산화적 인산화를 통해 ATP를 생성하는 데에서 나온다.[14]

일반적으로 격렬한 근육 활동 중에 산소의 공급이 불충분할 때 에너지는 무산소 호흡을 통해 공급된다. 젖산 발효젖산 탈수소효소의 촉매 작용에 의해 피루브산을 젖산으로 전환시킨다. 가장 중요한 것은 젖산 발효가 NAD+를 재생하여 NAD+의 농도를 일정하게 유지시킴으로써 해당과정이 계속해서 일어나도록 한다는 점이다. 해당과정을 통해 1분자의 포도당으로부터 생성된 2분자의 피루브산이 2분자의 젖산으로 환원되며, 이 과정에서 2NADH가 2NAD+로 산화된다. 재생성된 NAD+는 해당과정에서 다시 사용된다.[14] 보다 자세한 내용은 해당과정발효 문서를 참조한다.

혐기성 발효에 의해 생성된 젖산은 근육 세포 내부에 축적되는 대신 에 의해 흡수된다.[14]

2. 2. 간에서의 포도당 합성

근육에서 해당과정을 통해 생성된 젖산은 혈류를 통해 으로 운반된다. 간에서 젖산은 피루브산으로 전환된 후, 포도당신생합성을 거쳐 포도당으로 전환된다. 생성된 포도당은 다시 근육으로 운반되어 에너지원으로 사용된다.[14]

간에서 일어나는 포도당신생합성은 해당과정과 젖산 발효의 역반응과 유사하다. 먼저 젖산이 피루브산으로 전환되고, 최종적으로 피루브산이 포도당으로 전환된다. 이렇게 생성된 포도당은 혈류를 통해 근육으로 공급되어 해당과정에 다시 사용될 수 있다. 근육 활동이 멈추면, 포도당은 글리코젠 합성을 통해 글리코젠을 보충하는 데 사용된다.[3]

코리 회로가 한 번 순환할 때마다 포도당신생합성에서 6 ATP가 소모되고, 해당과정에서 2 ATP가 생성되므로 4 ATP가 순수하게 소모된다. 이러한 ATP 소모는 대사의 부담을 근육에서 간으로 이동시키는 역할을 한다.[3]

2. 3. 포도당의 근육으로의 이동과 글리코젠 저장

근육 활동에는 ATP가 필요한데, 이는 골격근에서 글리코젠 분해를 통해 제공된다. 글리코젠 분해는 포도당 1-인산(G1P) 형태로 포도당을 방출한다. 포도당 1-인산은 포스포글루코뮤테이스에 의해 포도당 6-인산(G6P)으로 전환된다. 포도당 6-인산은 해당과정 또는 오탄당 인산 경로로 들어가 근육 세포에 ATP를 공급한다. 근육 활동 중에는 ATP를 지속적으로 보충해야 한다. 산소 공급이 충분하면 피루브산시트르산 회로를 거쳐 산화적 인산화를 통해 ATP를 생성한다.[14]

산소 공급이 불충분할 경우, 젖산 발효를 통해 에너지를 얻는다. 젖산 탈수소효소는 피루브산을 젖산으로 전환시키고, 이 과정에서 NAD+가 재생되어 해당과정이 계속 진행될 수 있도록 한다. 해당과정에서 1분자의 포도당으로부터 생성된 2분자의 피루브산은 2분자의 젖산으로 환원되며, 이 과정에서 2NADH가 2NAD+로 산화된다.[14]

혐기성 발효로 생성된 젖산은 간에서 흡수되어 포도당신생합성을 통해 다시 포도당으로 전환된다. 포도당은 혈류를 통해 근육으로 공급되어 해당과정에 사용될 수 있다. 근육 활동이 중단되면 포도당은 글리코젠 합성을 통해 글리코젠을 보충하는 데 사용된다.[14]

2. 4. 에너지 소모

근육에서 포도당은 해당과정에 의해 피루브산으로 전환되고, 피루브산은 다시 젖산으로 전환된다. 이 과정에서 2ATP가 생성된다. 젖산은 혈류를 통해 으로 운반된다. 간에서 젖산은 피루브산으로 전환된 다음 포도당신생합성에 의해 포도당으로 전환되며, 생성된 포도당은 다시 근육으로 운반되어 에너지를 생성하는데 사용된다. 포도당신생합성에서는 6ATP가 소모된다.[14]

코리 회로가 1회전할 때마다 포도당신생합성에서 6ATP를 소모하고 해당과정에서 2ATP를 생성하므로, 코리 회로는 ATP를 4개씩 순수하게 소비한다. 따라서 코리 회로는 무한정 지속될 수 없다. 코리 회로에서 ATP 분자를 집중적으로 소모하면서 대사 부담을 근육에서 간으로 이동시킨다.[3]

3. 중요성

코리 회로는 근육의 혐기성 조건에서 젖산산증을 방지하는 데 중요하다. 그러나 일반적으로 이러한 일이 일어나기 전에 젖산은 근육에서 간으로 이동한다.[14]

또한 코리 회로는 근육 운동시 에너지원인 ATP 생성에 중요하다. 근육 운동이 끝나면 코리 회로가 보다 더 효과적으로 기능할 수 있는데, 이는 산소 부채를 갚아 전자전달계시트르산 회로가 최적의 효율로 에너지를 생성할 수 있도록 하기 때문이다.[14]

코리 회로는 외부로부터 섭취하는 음식물보다 포도당신생합성을 위한 훨씬 더 중요한 기질 공급원이다.[15][16] 전체 포도당 생산에서 코리 회로의 젖산이 기여하는 정도는 단식 기간에 따라 증가하다가 안정된다.[17]

구체적인 실험 결과는 다음과 같다.

단식 시간포도당신생합성의 포도당 생산 비율코리 회로의 젖산이 포도당신생합성에 기여한 비율
12시간41%18%
20시간71%35%
40시간92%36%



나머지 포도당 생산은 단백질 분해,[17] 근육의 글리코젠,[17] 지방 분해로 생성된 글리세롤[18]에서 비롯된다.

메트포르민은 간에서 코리 회로(특히, 미토콘드리아 전자전달계의 복합체 I)의 포도당신생합성을 저해하기 때문에 신부전 환자에게 젖산산증을 유발할 수 있다.[19] 젖산과 젖산 생성의 기질인 피루브산과 알라닌이 축적되면 젖산이 과잉 생성된다.[20] 일반적으로 미토콘드리아 전자전달계 복합체 저해로 인한 과잉 생성된 산은 콩팥이 제거하지만, 신부전 환자의 경우 콩팥이 과잉 생성된 산을 처리할 수 없다. 흔히 젖산이 산증의 원인 물질이라고 오해하지만, 젖산은 짝염기이며 생리학적 pH에서 대부분 이온화되어, 원인보다는 관련된 산 생성의 표지자 역할을 한다고 간주한다.[21][22]

4. 의학적 의의

코리 회로는 근육이 혐기성 조건일 때 젖산산증을 방지하는 중요한 역할을 한다. 일반적으로 젖산은 근육에서 간으로 이동한다.[14]

또한 코리 회로는 근육 운동 시 에너지원인 ATP를 생성하는 데 중요하다. 근육 운동이 끝나면 산소 부채를 갚아 전자전달계시트르산 회로가 최적의 효율로 에너지를 생산할 수 있도록 하여 코리 회로가 더 효과적으로 기능한다.[14]

코리 회로는 섭취하는 음식물보다 포도당신생합성을 위한 더 중요한 기질 공급원이다.[15][16] 단식 기간이 길어짐에 따라 전체 포도당 생산에서 코리 회로의 젖산이 기여하는 정도가 증가한다.[17]

단식 시간포도당신생합성의 포도당 생성 기여도코리 회로의 젖산의 포도당 생성 기여도
12시간41%18%
20시간71%35%
40시간92%36%



위 표와 같이 12, 20, 40시간 단식 후 포도당신생합성은 각각 포도당 생성의 41%, 71%, 92%를 차지했지만, 코리 회로의 젖산이 기여한 것은 18%, 35%, 36%였다.[17] 나머지 포도당은 단백질 분해,[17] 근육의 글리코젠,[17] 지방 분해에서 생성된 글리세롤[18]에서 비롯된다.

메트포르민은 간에서 코리 회로, 특히 미토콘드리아전자전달계에서 복합체 I의 포도당신생합성을 억제하기 때문에 신부전 환자에게 젖산산증을 유발할 수 있다.[19] 젖산과 그 기질인 피루브산, 알라닌이 축적되면 젖산이 과잉 생성된다.[20] 일반적으로 미토콘드리아 전자전달계 복합체 억제로 인한 과잉 생성된 산은 콩팥에서 제거되지만, 신부전 환자는 콩팥이 과잉 생성된 산을 처리하지 못한다. 젖산은 짝염기이며 생리학적 pH에서 대부분 이온화되어 산 생성의 원인이라기보다는 관련 산 생성의 표지자 역할을 한다고 여겨진다.[21][22]

5. 더 읽을거리


  • Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology|옥스포드 생화학 및 분자생물학 사전영어

참조

[1] 웹사이트 Carl and Gerty Cori and Carbohydrate Metabolism https://www.acs.org/[...] American Chemical Society 2004
[2] 서적 Lehninger Principles of Biochemistry W.H. Freeman and Company 2005
[3] 웹사이트 Cori Cycle http://www.elmhurst.[...] Elmhurst College 2003
[4] 논문 Renal gluconeogenesis: its importance in human glucose homeostasis 2001-02
[5] 논문 Regulation of hepatic glucose production and the role of gluconeogenesis in humans: is the rate of gluconeogenesis constant? 2008-09
[6] 논문 Gluconeogenesis and the Cori cycle in 12-, 20-, and 40-h-fasted humans 1998-09
[7] 논문 Fuel metabolism in starvation
[8] 논문 Metformin accumulation: lactic acidosis and high plasmatic metformin levels in a retrospective case series of 66 patients on chronic therapy 2014-02
[9] 논문 Re-evaluation of a biguanide, metformin: mechanism of action and tolerability 1994
[10] 웹사이트 The myth of lactic acidosis http://www.emedsa.or[...]
[11] 웹사이트 Metformin toxicity https://emcrit.org/i[...]
[12] 서적 Lehninger Principles of Biochemistry Fourth Edition W.H. Freeman and Company 2005
[13] 웹인용 Carl and Gerty Cori and Carbohydrate Metabolism https://www.acs.org/[...] 2020-05-12
[14] 웹인용 Cori Cycle http://www.elmhurst.[...] Elmhurst College 2003
[15] 저널 인용 Renal gluconeogenesis: its importance in human glucose homeostasis February 2001
[16] 저널 인용 Regulation of hepatic glucose production and the role of gluconeogenesis in humans: is the rate of gluconeogenesis constant? September 2008
[17] 저널 인용 Gluconeogenesis and the Cori cycle in 12-, 20-, and 40-h-fasted humans September 1998
[18] 저널 인용 Fuel metabolism in starvation
[19] 저널 인용 Metformin accumulation: lactic acidosis and high plasmatic metformin levels in a retrospective case series of 66 patients on chronic therapy February 2014
[20] 저널 인용 Re-evaluation of a biguanide, metformin: mechanism of action and tolerability 1994
[21] 웹인용 The myth of lactic acidosis http://www.emedsa.or[...]
[22] 웹인용 Metformin toxicity https://emcrit.org/i[...]



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