암세포는 정상적인 돌연변이 비율보다 높은 DNA 복구 메커니즘에 결함이 있는 것을 특징으로 하는 돌연변이 표현형을 나타냅니다. 중요한 세포주기 유전자에서도 돌연변이에 대한 내성은 정상 세포에 비해 생존 이점을 제공합니다.

예를 들어, 정상 세포는 다른 세포와 접촉하면 분열을 멈추는데, 이를 접촉 억제(contact inhibition)라고 합니다. 그러나 일부 세포는 접촉 억제를 극복하기 위해 돌연변이를 일으키고 서로 겹쳐서 종양 덩어리를 형성할 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 이러한 종양 세포가 영원히 계속 증식할 수는 없습니다. 어느 시점에서, 그들은 복제 세포 노화(replicative cell senescence)를 겪을 수 있는데, 이는 세포가 일정 횟수의 세포 분열 후에 분열을 멈추는 현상입니다.

따라서 일부 종양 세포는 이 장애물을 극복하기 위해 더 많은 돌연변이를 일으켜 암이 됩니다. 첫째, 세포 노화로 인한 세포 손실을 보상하기 위해 세포 분열 속도를 높입니다. 둘째, 세포사멸을 피할 수 있어 오래되고 손상된 세포의 생존

을 연장할 수 있습니다.

종양이 자라면 큰 종양 내부의 세포는 산소를 덜 공급받게 되는데, 이를 저산소증(hypoxia)이라고 합니다. 이것은 세포의 성장 능력을 제한하고 종양 내부의 세포 괴사를 유발할 수 있습니다.

암세포는 두 가지 유리한 돌연변이로 이 문제를 극복합니다. 첫째, 혈관 신생(angiogenesis)을 촉진하는데, 이는 세포에 더 많은 산소와 영양분을 공급할 수 있는 성장하는 종양 주위에 새로운 혈관이 형성되는 과정입니다.

두 번째는 산화에서 해당작용 대사로의 대사 전환입니다.

정상 세포에서 포도당은 해당작용에 의해 피루브산으로 대사됩니다. 호기성 조건에서 피루브산은 산화적 인산화를 통해 대사되어 크지만 느린 ATP 수율을 생성합니다. 격렬한 근육 활동과 같은 혐기성 조건에서 세포는 혐기성 해당과정에 의해 피루브산을 젖산으로 대사하여 낮지만 빠른 ATP 수율로 합니다.

빠른 성장을 촉진하기 위해 암세포는 정상 세포보다 100배 더 많은 포도당을 흡수하며, 이는 해당과정을 통해 피루브산으로 전환됩니다. 그런 다음, 피루브산은 산소 가용성에 관계없이 혐기성 해당작용에 의해 젖산으로 빠르게 대사됩니다. 이러한 현상을 바르부르크 효과(Warburg effect)라고 합니다.

혐기성 해당작용은 산화적 인산화보다 덜 효율적이지만, 암 증식을 위해 ATP를 빠르게 폭발시킵니다.