안녕하세요!
와! 너무너무 좋은 질문이에요!
보통 화학 공부를 이미 했거나, 동시에 하는 학생들이 흔히 하는 질문인데
화학에서 배우는 내용과 생물에서 배우는 내용이 충돌되는것 처럼 느껴질때가 있어요!
우선 exergonic, endergonic 이라는 표현이 적용되는 "범위"에 대해 천천히 생각해볼께요.
우리가 만약 어떤 "reaction 전체"를 exergonic이나 endergonic이라고 설명을 한다면
그건 모든 반응이 끝난 뒤, 반응물 (substrate) 그리고 생성물 (products) 사이에 존재하는
energy levels의 차이를 가지고 판단해야해요.
그래서 substrate 보다 products가 lower energy state가 되었으면 exergonic reaction
substrate 보다 products가 higher energy state가 되면 endergonic reaction 이라고 부르죠.
아마 chem에서도 많이 봤을 energy level graphs (특히, activation energy 얘기할때 등장 많이 하는)
그 그래프에서 substrates, products의 energy levels 생각하면 돼요.
이 부분은 화학이나 생물학이나 똑같아요.
자, 문제는, 이거랑 비슷한 표현이 또 energy is absorbed / energy is released 도 있는데
이런 표현은 물론 "reaction 전체"를 설명할때 쓰일 때도 있지만
activation energy requirement를 넘기 전, 그리고 넘은 후 기준으로 나눈뒤,
"reaction 전체"가 아닌
"reaction BEFORE overcoming activation energy barrier" and
"reaction AFTER overcoming Ea barrier"로 나누어서 설명할때도 등장하는 경우도 있어요.
그래서 예를 들면,
전체적으론 밖으로 에너지를 방출하는 exergonic reaction이 맞지만
가장 먼저 activation energy hump를 넘기 위해서 일단 에너지가 들어가기 때문에
그 반응의 앞부분만 가르키면서
"energy is absorbed to break existing bonds and begin the chemical reaction" 같은 말들이 나오는거에요.
그리고 학생도 이미 잘 배웠다시피
reaction이 전체적으로 exergonic이 됐든, endergonic이 됐든
모든 화학 반응에선 이 activation energy requirement가 존재하기 때문에
화학에선 당연하게 "energy is required to break existing chemical bonds"라고 배우는거죠.
그리고 당연히 그 반대 개념으로
after the reaction proceeds over the activation energy hump,
all high energy intermediates settle down to more stable products
regardless of whether it's an exergonic or endergonic reaction.
그래서 화학에서 당연하게 "bond forming reaction is exergonic" 이라고도 표현하죠.
여기까지 잘 이해가 됐죠?
자, 문제는 이제 생물학을 배울때는 (enzyme 단원을 제외하고는)
이 "activation energy requirement"가 별로 중요하지 않아요.
그냥 substrate, products 의 final energy state를 비교하면서
전체적으로 exergonic한지, endergonic한지에 대해 훨씬 더 집중하면서 봐요.
한 reaction 안에서 지금 Ea 넘었는지 안넘었는지를 기준으로 나누는건 생물학적 관점에선 거의 의미가 없어요.
cell respiration 단원은 세포가 glucose를 break down 하면서
필요한 energy를 얻는 과정이죠?
그러면 전체적인 process는 substrate(glucose)보다 products(H2O,CO2)가 energy level이 더 낮은
exergonic reaction 이라고 표현해야해요.
the "cell respiration reaction" releases energy to the outside.
the cell harnesses this released energy to do various tasks.
그리고 cell resp. reaction 중간중간에 수많은 reaction, 그리고 intermediates에 대해 언급할때도
결국엔 overall exergonic reaction의 일부분이니
(High E) glucose ----> (some E) intermediates -----> (low E) products (CO2, H2O)
이 큰 그림에서 벗어나지 않아요.
그래서 제가 설명하다 갑자기,
"Krebs cycle breaks chemical bonds to release a carbon molecule in the form of carbon dioxide...
the released energy from breaking this bond can be used to form NADH"라는 말이 나오게 되는거에요.
Krebs cycle 일부를 예로 들어볼께요,
alpha-ketoglutarate (5C sugar) becomes succinyl-CoA (4C sugar).
In chemistry, this would be written as :
(5C sugar) --> (4C sugar) + CO2
biology already assumes that all activation energy requirements are met, the chemical reaction already happened.
and 5C sugar (substrate) is higher energy, 4C sugar (product) is lower energy.
so we focus on the fact that this reaction is exergonic, and energy has been released.
in fact, the actual REALLY important fact is
this released energy has been harnessed to power a different endergonic reaction:
"NAD+ + H --> NADH"
이렇게 크게크게 설명해버리니까,
chem을 이미 배운 학생들은
"wait... I'm still confused about CO2 being "cut" from the sugar" part.
Why does this release energy? 이라고 멘붕이 오는거죠.
화학에선 개별적인 화학반응 하나, 두개를 집중적으로 보지만
생물학에선 cell respiration 안에서만 수천, 수만개씩 되는 화학반응들을 모두 하나하나
'이건 사실 endergonic rx이고, 이건 사실 exergonic rx이야' 라고 설명을 하는게 조금 의미가 없어요.
더 나아가, this particular reaction, at this moment in time,
still hasn't overcome the Ea barrier, so energy is absorbed라고 하는건 말도 안돼요.
두 학문이 바라보는 관점이 다르니까요.
In chem, we have to wonder if this reaction will proceed or not.
so we worry about energy input and output while the reaction occurs.
if it doesn't have enough energy to begin the reaction, the reaction will not proceed.
In bio, all given reactions are assumed to proceed.
we are learning about real chemical reactions found in real living organisms.
if the reaction never proceeded, we would never have discovered it,
and we would never study it in biology.
그래서 생물학에선 화학과 다르게, overall process에 대해 집중하면서 봐야해요.
저도 biochemical process 설명할때 항상 조심스럽게
"화학에선 이렇게 하지만, 바이오는 이렇게 표현을 해. 지금 우린 바이오 공부하고 있어" 라며
사전에 경고하면서 최대한 간단하게 얘기를 하려 노력하는 이유가 바로 이거에요.
조금 대답이 됐나요?
biological reactions are often massive processes that require many many chemical reactions.
most biological reactions that are catabolic are exergonic,
most biological reactions that are anabolic are endergonic이라고 되뇌이면서
bio 공부할땐 큰 그림에 집중한다 생각하면서 energy를 공부하면
조금 더 정리가 잘 될거 같아요.
너무 너무 좋은 질문이네요! 덕분에 저도 설명이 엄청 장황하고 길어진거 같은데 ㅋㅋㅋ
한번 곰곰이 생각해보시고 그래도 혹시 또 질문이 생기면 게시판에서 만나요! :D
