[미샐물학] 박테리아의 물질대사

목차

물질대사의 개요

1. 발효(Fermentation)와 호흡(Respiration)

2. 유산소호흡(Aerobic Respiration)과 무산소호흡(Anaerobic Respiration)

3. Lithotroph(=Autotroph)

4. 참고문헌

본문내용

SeO3-
Aeromonas, Bacillus, Thauera
푸마르산
숙신산
Wolinella
몇몇의 세균과 고세균은 무산소호흡만을 이용하여 생장하지만 많은 세균들은 이용할 수 있는 산소의 양에 따라 산소와 무산소호흡을 둘 다 수행할 수도 있다. 그 예가 그람양성, 조건부혐기성 토양세균인 Paracoccus denitrifican로 매우 다양한 대사과정을 가지고 있다. 무산소 조건에서는 NO3-를 전자수용체로 이용한다.
위 표에서도 보았듯이 유산소호흡과 무산소호흡의 가장 큰 차이점은 전자전달계에서 전자수용체로서 O2를 사용하였는지 O2 이외의 것을 사용하였는지에 있다.
위 그림을 보면 위의 그림이 유산소호흡, 아래의 그림이 무산소호흡인데, 무산소호흡에는 간혹 독성을 띠는 물질이 생성될 수 있어 이를 무독성물질로 만들기 위해 유산소호흡보다 좀 더 복잡한 작용을 하기도 한다. 또한 이러한 작용으로 인해 유산소호흡보다는 ATP의 생산량이 더 적다.
3. Lithotroph(=Autotroph)
지금까지 소개 해왔던, Respiration(Aerobic, Anaerobic), Fermentation은 모두 유기물을 에너지원으로 사용하는 Organotroph이지만, Lithotroph는 독립영양미생물로서 황, 철, 수소 등의 무기물을 에너지원으로서 사용한다.
Lithotroph는 산화하는 에너지원이 무기물(inorganic)일 뿐 에너지를 얻는 과정은 호흡과 비슷하다. 다만 최종전자수용체가 O2외에도 매우 다양한 수용체가 존재한다. 아래의 표에 미생물의 종에 따른 전자공여체(Electron donor)와 전자수용체(Electron acceptor)가 나와 있다.
세균
Electron donor
Electron acceptor
생성물
Alcaligenes, Hydrogenophaga, Pseudomonas spp.
H2
O2
H2O
Nitrobacter
NO2
O2
NO2-, H2O
Nitrosomonas
NH4+
O2
NO2-, H2O
Thiobacillus denitrificans
S0, H2S
NO3-
SO42-, N2
Thiobacillus ferrooxidans
Fe2+, S0, H2S
O2
Fe3+, H2O, H2SO4
전자수용체는 대개 O2이지만 황산염과 질산염도 이용된다. 가장 일반적인 전자공여체는 수소, 환원된 질소화합물, 환원된 황화합물, 산화 제1철(Fe2+)등이다. 하지만 이러한 무기분자의 산화에너지는 유기물(포도당, C6H12O6)의 산화에너지보다 훨씬 적다. 이는 Lithotroph가 전자전달계에 전자를 직접 주는 전자공여체로 이용하는 대부분의 무기기질보다 포도당과 같은 유기기질을 산화하여 전자전달계에 전자를 주는 NADH가 더 음성의 환원전위를 가지기 때문이다. 따라서 ATP합성이 너무 적은 Lithotroph는 생장과 증식을 위해 많은 양의 무기물을 산화한다.반응
△G0'(kcal/mole)
H2 +½O2 → H2O
-56.6
NO2- +½O2 → NO3-
-17.4
NH4+ +1½O2 → NO2- +H2O +2H+
-65.0
S0 +1½O2 +H2O → H2SO4
-118.5
S2O32- +2O2 +H2O → 2SO42- +2H+
-223.7
2Fe2+ +2H+ +½O2 → 2Fe3+ +H2O
-11.2
포도당이 CO2로 완전 산화될 때 △G0' -686kcal/mole이다.
이러한 에너지는 생합성시에 ATP뿐만 아니라 NADH가 필요한데, 암모니아나 아질산염과 같은 분자는 NAD+보다 더 큰 양성 환원 전위를 가질 가능성이 있기 때문에 생합성에 필요한 NADH와 NADPH를 만들기 위해서는 기존의 세포들과는 다른 메커니즘을 가지는데, 이러한 과정을 역전자흐름(Reverse electron flow)이라 한다. 이러한 역행과정은 열역학적으로 선호되는 과정은 아니기 때문에 세포가 만들어 낸 에너지가 역전자흐름에 사용됨으로써 ATP의 총생산은 아주 낮아지게 된다. 하지만 Lithotroph는 질소, 황, 철, 수소 등과 같이 독특한 에너지원을 사용함으로 강력한 경쟁자가 없기 때문에 이러한 비효율성을 감수할 수 있다.
4. 참고문헌
『미생물학』 7판 / 2008 / Willey, Sherwood, Woolveton / 라이프사이언스
『Principle of Modern Microbiology』 / 2008 / Mark L. Wheelis / Jones and bartlett publishers
http://www.wikipedia.org

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