I. Microbiology of Classes

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1 I. Microbiology of Classes
[학습목표] 감염성 질병의 원인 되는 미생물을 분류 체계에 따라 이해함으로써 미생물의 종(species)과 속(genus)의 특성에 따른 감염증의 발병원리, 치료 및 예방법에 응용하기 위함이다.

2 PART-1. 개 요 생물을 분류하는 학문인 분류학(Taxonomy)은 크게 두 가지의 목적을 갖는다.
분류의 기본 단위인 종(species)을 동정(identification)하는 것. 이런 종(species) 을 체계화하는 것이다. 분류학에서는 생물이 갖고 있는 생물학적,생리학적 상상 등을 조사하여 그 성상이 같은 그룹들을 모아서 하나의 집단을 만드는 분류(classification), 분류된 종에 대하여 적절한 이름을 부여하는 명명법(nomenclature) 그리고 분류체계 내의 적당한 위치에 두는 동정(identification) 등이 필수적이다.

3 PART-2. 분류 방법 생물의 분류는 각각의 종들이 가지고 있는 형태적 특징을 가지고 확정된 종 준위의 분류군과 유사한 정도에 따라 정리하여 상위의 분류군으로 묶어 계통적으로 배열하게 되는데, 대부분의 분류학적형질을 토대로 분류군을 동정하거나 분류군간의 우연관계를 추정하며, 일반적으로 두 분류군간에 공유하는 형질의 종류에는 형태적 형질, 생리적 형질 , 행동적 형질, 생태적 형질, 지리적 형질, 분자생물학적 형질(DNA)등이 있는데, 이런 다양한 형질의 근거 때문에 분류학은 각각의 종을 동정하여 체계를 잡는 것이 가장 커다란 형태적인 특성만 가지고 판단하는 것이 아니라 매우 다양한 형질들을 가지고 체계적으로 분류하는 것이 라는 점이다. 계(界): 최상위 분류 개념, 원핵생물인가, 진핵생물인가, 세포가 단세포인가 다세포인가, 종석영양인가 타가영양인가 등 커다란 개념을 토대로 분류하는 기준이다. 문(門): 계 이하의 생물 분류군을 각자의 형태와 특징에 맞게 분류한 상위 분류군이다. 강(綱), 목(目), 과(科): 생물 분류군을 각자의 형태와 특징에 맞게 분류한 분류군이다.

4 PART-2. 분류 방법 1). 분류계급 사람과 세균의 계통분류의 예
1). 분류계급 미생물의 분류는 그 분류방법에 있어 일반적으로 계(Kingdoms), 문(phylum), 강(classes), 아강(subclass), 목(orders), 아목(suborder), 과(families), 아과(subfamily), 속(genus), 종(species), 아종(subspecis) 으로 분류한다. 사람과 세균의 계통분류의 예

5 PART-2. 분류 방법 2). 명명법 많은 미생물의 공식 명명법(binominal nomenclature)에 따라 속명(genus)과 종명(species)으로 기재되며, 속명의 첫째 글자는 대문자로 쓰고 종명은 모두 소문자로 표기한다. 미생물과 다른 모든 생명체의 이름은 라틴어로 표기되는데 그 이유는 계통학에서 공식적인 학명이 처음부터 라틴어가 사용되었기 때문이다. 인쇄물에서 학명은 이탤릭체로 표기한다.

6 PART-2. 분류 방법 3). 미생물계의 분류 미생물의 존재가 알려지기 전까지 사람들은 생물은 단지”동적인 것은 동물, 정적인 것은 식물”이라는 분류적 기준에 따라 식물과 동물의 2계로 구분하였다 Haeckel은 살아 있는 생물을 동물, 식물, 원생생물의 3 계로 분류하였다 “생물의 5 kingdom(계)의 분류와 특징”

7 PART-2. 분류 방법 오늘날 많은 학자들이 따르고 있는 Robert H. Whittaker의 생물 5 Kingdom 체계는 영양 이용방법에 따라 우선 3가지 형태로 식물은 광합성, 균류는 흡수 그리고 동물은 소화에 근거를 두어 분류 하였다. 미생물은 식물계, 동물계를 제외한 나머지 3개의 계(KINGdom)를 구성하며, 여기에는 세균을 포함하는 모네라계, 조류 및 원생동물 을 포함하는 protista계 그리고 균류를 구성하고 있는 균류계 (kingdom fungi)로 구분 하였다. 진핵 원핵

8 PART-2. 분류 방법 진균계: 균류 진균: 진핵세포로 핵막이 존재한다, 즉 격벽이 있어서 다세포의 상태이며 소포체와 골지체 같은 다른 막고조체도 존재한다. 또한 공통적으로 세포벽에 키틴(chitin)을 포함한다. 진균은 크게 효모, 곰팡이, 버섯 세 종류로 분류 할 수 있다. 효모는 단세포 진균이며, 곰팡이는 실 사, 모양 상을 써서 사상균이라고 한다.(실이 얽혀있는 모습) 마지막으로 버섯 역시 섬유의 실 같은 모양으로 자란다. 곰팡이 와 차이는 버섯을 형성한다는 점이다. 조균: 접합균류 라고 하며 격벽이 없어서 하나의 세포에 여러 개의핵이 있는 다핵체 상태이고, 접합 포자라는 유성 포자를 이용해 생식하며, 털곰팡이와 빵곰팡이 거미줄곰팡이가 이에 해당된다.

9 PART-3. 세균의 분류 1). 세균의 일반적 분류법 자연 분류법
현재 세균의 분류기준은 동식물 분류에서 사용하는 자연분류법에 따르고 있으나 자료가 불충분하여 비합리적인 면이 적지 않다. 또한 세균을 계통발생의 입장에서 분류한다는 것은 매우 어렵다. 따라서 세균의 표현형적 특징은 대부분의 미생물 분류와 동정 시스템에 사용하는 방법으로 자연분류법이라 한다.

10 PART-3. 세균의 분류 수리분류 자연분류법으로 생물을 분류할 때 주로 관심 대상이 되는 것은 각각의 생물체가 가지고 있는 상이한 특징과 특이점이며, 이들 수치를 분합한 공통점을 가지고 종을 분류하는 방법이다. 즉 어떤 특정형질에 비중을 두지 않고 가능한 많은 형질을 고려한 소위 모든 유사성에 바탕을 두고 분류를 목적으로 한다. 이 수리분류학(numerical taxonomy)은 1763년 식물 분류학자인 Aderson에 의해 개발된 것으로, 초기에는 분류의 기준이 되는 수치가 너무 많아 그 처리에 많은 어려움이 있었으나 최근에 컴퓨터가 보편화되면서 수치의 처리는 간단해졌다. 이 방법은 주로 세균 간의 유전적 유연성을 기초로 하는 분류방법에 주로 사용된다.

11 PART-3. 세균의 분류 분자생물학적 분류법 세균의 유전물질이 이중나선의 DNA임이 밝혀진 이후, DNA의 염기조성과 서열등의 유사성을 조사하여 미생물 간의 연관 정도를 결정하려는 분류학적 방법이다. DNA는 아데닌(A:adenine), 티민(T:thymine), 구아닌(G:guanine) 및 사토신(C:cytosine)의 네 가지 염기가 조합을 이루고 있어 그 기본 구조는 상호 염기쌍을 이룬다(A+T, G+C). 전체의 염기 조성은 A+T, G+C의 결합으로 표현되며 일반적으로 DNA의 염기 조성은 G+C 의 총염기수에 대한 백분율로 표시하며 이를 GC%또는 G+C mol%로 표기한다. 이 방법도 완전한 것이 아니며, 염기조성이 동일하더라도 그 배열이 다르면 유전적 또는 표현형적 특징도 다르므로 GC%만 가지고 세균을 정확하게 분류할 수는 없으므로 표현형질(phenptype), 유전형질(genotype)을 조합하여 분류하는 것이 바람직하다. 분자생물학적 분류방법 가운데 또 한가지는 핵산 하이브리드 형성에 의한 분류방법이다 이중 나선의 DNA는 일정한 염기적 서열을갖고 상호 결합되어 있다. 이러한 이중나선의 DNA는 여러 가지 변성 처리과정을거치면 단일선상(외가닥) DNA로 변성되며, 적절한 조건하에서 다시 동일 염기들은 쌍을 이루며 결합한다.

12 PART-3. 세균의 분류 이 원리를 이용하여 서로 다른 두 종의 세균 DNA를 추출하여 단일선상의 DNA로 만들어 혼합하면 hybrid DNA 분자가 형성되는 정도를 관찰할 수 있으며, hybrid를 이루는 정도에 따라 세균간의 유연관계를 추정할 수 있다. 즉 DNA의 상동성(homology)이 높은 세균은 게놈(genome)전체를 구성하는 염기순서가 일치하는 정도가 크므로 유전적, 표현형적 특성이 유사하게 나타난다. 이 방법은 GC%분류법과 함께 세균의 종 분류에 유용한 수단으로 이용되고 있다.

13 PART-4. 진균의 분류 진균류(fungi)는 자연계에 매우 광범위하게 분포되어 있으며 그 종류도 다양하여 약 8.000종이 넘는다. 진균은 생물학적으로 식물과 유사하나 엽록소가 없어 광합성 작용을 하지 않는 종속영양의 진핵생물이다. 세포벽과 핵이 있고, 유성 및 무성생식을 통해 증식하며, 환경조건이 불리하면 포자(spore)를 형성한다. 포자는 진균류를 분류하는 데 가장 중요한 요소가 된다. 진균은 형태가 다양하며, 대부분의 진균형태는 사상으로 된 관(tube)모양을 하고 있으며 이를 균사(hyphae)라 부른다. 이 균사는 분열과 증식을 하여 덩어리를 이루는데 이것을 균사체(mycelium)라 한다. 진균은 균사를 형성하는 사상균(mold)형과 균사를 형성하지 않고 타원형 형태를 가진 단세포성 효모(yeast)형이 있다. 효모는 분류학적으로 자낭균류, 담자균류 및 불완전균류에서 보여진다. 효모는 출아에 의해 증식하며, 특히 빵, 맥주, 포도주, 식초 및 치즈 등의 식품공업에 크게 기여하는 진균류이다.

14 PART-4. 진균의 분류 진균은 종에 따라 유성생식을 통해 유성포자(sexual spore), 무성생식을 통해 무성포자(asexual spore)를 만든다. 이와 같은 독특한 포자형성 방법에 따라 진균류는 크게 4강으로 분류된다. 조균류(Phycomycetes)/접합균: 균사에 격막(septum)이 없으며, 무성포자로서는 포자낭포자를 형성하는 것과 유성포자로는 접합포자(zygospore)를 형성하는 빵곰팡이가 있으며, 딸기, 채소, 빵을 부패시킨다. 자낭균류(Ascomycetes): 유성생식에 의해 자낭(ascus) 내에 2~8개의 자낭포자를 가진 것이 특징이며, 발효공업에서 중요한 Aspergillus 속과 항생제를 생산하는 Penicllium 속의 유성생식 세대가 있으며, 임상적으로 중요한 자낭균류로는 Trichopyton, Microspourum, Blastomyces 속의 유성생식 세대 등이 있다. 담자균류(Basidomycetes): 비교적 진화가 잘된 진균류로 균사의 말단에 담자기(basidium)를 형성하며, 이 위에 4개의 담자포자(유성포자)를 형성하는 것이 특징이다. 버섯이 담자균류에 속하며, 섭취 시 식중독을 유발하는 독소를 생성하기도 한다.특히 작물에 번식하여 심각한 손실을 가져다 주는 녹병균 과 깜부기 역시 담자균류에 속한다.

15 PART-4. 진균의 분류 불완전균류(Deuteromycetes): 유성생식 포자를 형성하지 않는 특징이 있으며, 대부분의 인체 병원성 진균이 여기에 속한다. 대부분 형태적으로 자낭균류와 유사하며 Candida albicans와 Penicillium, Aspergillus 등이 있다.

16 PART-5. 원생동물의 분류 원생동물(Protoaozoa)은 약 6만 5천 종 이상이 존재하는 것으로 알려졌는데, 단세포 성 비광합 성 미생물이다. 광합성형 편모나 섬모를 갖거나 단세포형으로 존재한다. 보통 단일 집락을 이루거나 다세포 동물에 기생하여 생활한다. 그 형태는 다양하며 핵막, 세포질막이 존재하는 진핵생물 이다. 대부분의 원생동물은 아메바와 같이 얇은 세포막으로만 싸여 있어 헐벗고 있으나 많은 종류들이 보호용 피복, 즉 외골격을 가지고 있다. 이를테면 방산충류는 규질의 껍데기를, 유공충류는 석회질의 껍데기를 가진다. 영양방식에는 여러가지가 있어 유글레나 와 볼복스 따위와 같이 엽록소를 가지고 있어 자가영양을 영위하는 것, 숙주로부터 영양분을 흡수함으로써 부생동물성 영양을 영위하는 것도 있는데 대부분의 원생동물은 임시적 또는 영구적 세포구를 통하여 고체 또는 액체상태의 먹이를 섭식함으로써 완전동물성 영양을 영위한다. 특별한 호흡의 세포기관이 없이 산소와 이산화탄소를 세포막을 통한 확산에 의해 교환한다. 생식은 분열 또는 출아에 의한 무성생식 또는 접합이나 배우자에 의한 유성생식을 한다.

17 PART-5. 원생동물의 분류 대부분의 종들은 현미경적 크기이며, 몸길이가 대략 3~300Mm이지만 맨눈으로 식별이 가능한 종도 있다. 몸은 1개의 세포로 되어 있으나 세포질이 분화하여 여러 가지 세포기관을 이루고 있어 여러 가지 생활 기능을 수행할 수 있다. 원생동물 문(Phylum)은 운동방법에 따라 크게 편모충강, 근족충강, 포자충강, 섬모충강, 미확정 원생동물류 로 구성된 5강으로 분류한다. 유글레나 아메바 아메바 구조

18 편모충류(Mastigophora)의 형태
PART-5. 원생동물의 분류 편모충류는 편모로 운동성을 가지는 원생동물이다. 구강 트리코모나스와 아프리카 수면병의 원인체인 Trypanosoma brucei가 대표적인 편모충류이다. 포자충류와 극낭포자충류는 모두 기생동물이며, 이동운동 세포기관이 없고, 포자를 형성하는 시기가 있다. 후자가 극낭이라는 구조를 가지는 데 대하여 전자는 이것을 가지지 않는다. 유모충류는 생활사의 적어도 한단계에 섬로를 가지며 두 가지 형의 핵을 가진다. 이것에는 섬모충 1강만이 있으며 짚신벌레/ 종벌레/ 나팔벌레 등이 이에 속한다. 편모충류(Mastigophora)의 형태

19 PART-6. 바이러스의 분류 바이러스(Virus)
세균보다 작아서 세균여과기로도 분리할 수 없고, 전자현미경을 사용하지 않으면 볼 수 없는 작은 입자로, 생존에 필요한 물질로 핵산과 소수의 단백질만을 가지고 있어 숙주에 의존하여 살아간다. 세균을 포함한 모든 세포는 DNA와 RNA 두 가지 핵산을 갖고 있으나, 바이러스는 DNA 또는 RNA 가운데 한 가지만 존재하며, 종에 따라 핵산은 단일사슬 또는 이중사슬로 존재한다. 핵산은 캡시드(capsid)라고 불리는 단백질 껍질에 둘러싸여 있으며, 핵산과 캡시드를 합하여 뉴클레오캡시드(nucleocapsid)라고 한다. 일부 바이러스는 뉴클레오캡시드가 바이러스의 본체이지만, 그 외 바이러스는 외피(envelope)라 불리는 막이 둘러싸여 바이러스 입자를 형성한다. [표 참조-바이러스와 세균의 분류]

20 PART-6. 바이러스의 분류 바이러스의 분류 바이러스의 특징
바이러스는 감염되는 숙주세포에 따라 동물, 식물, 세균(박테리오파지)로 크게 나눈다. 바이러스의 분류 기준으로는 핵산의 종류(DNA,RNA), 단백외각의 배열상태(정이십면체형, 나선형), 외피의 존재 유무, 외각단위단백체의 수, 바이러스의 크기와 형태, 그 밖에 감염증의 증세, 적혈구/ 응집성/항원성 등이 이용된다. 또한 임상 증세에 따라 전신질환을 일으키는 바이러스(두창, 홍역 등), 신경계에 질환을 일으키는 바이러스(일본뇌염 등), 호흡기에 질환을 일으키는 바이러스(인푸루엔자 감기 바이러스 등), 간에 질환을 일으키는 바이러스(간염바이러스), 피부 및 결막질환을 일으키는 바이러스(사마귀바이러스 등) 등으로 나눌 수 있다. 바이러스의 특징 DNA와 RNA중 한쪽만 가지며, 세포와 생식기구 및 단백질 합성기구가 없다. 또한 증식은 숙주세포에 의해서만 의존한다.

21 PART-6. 바이러스의 분류 중요 바이러스의 형태

22 II. Microbiology of Motabolism
[학습목적] 다양한 물질대사를 통해 생명을 유지하는 미생물들의 생리적 특성을 이해함으로써 감염증의 발병원리, 치료 및 예방방법에 응용한다.

23 PART-1. 대사의 원리 미생물은 생장, 증식을 위하여 환경으로부터 영양물질을 섭취하여 단백질, 핵산 등 을 합성한다. 합성작용을 위해서는 유리상태의 에너지원이 필요하며, 에너지원은 주위 환경으로부터 얻어 산화 분해한다. 이와 같이 생체 내부에서 분해와 합성이 이루어지는 생화학적 변화를 대사(metabolism)라고 한다. 에너지를 방출하는 분해반응을 이화작용(dissimilation)이라 하고, 생체에 의해 행하여지는 합성작용을 동화작용(assimilation)또는 생합성(biosynthesis)이라고 한다 세균의 에너지 생성과정은 크게 발효(fermentation)와 호흡(respiration)에 의해 수행된다. 발효는 산소가 없을 때 일어나는 에너지 대사의 한 형태이며, 호흡은 산소의 존재하에서 수행되는 호기성 산화과정 이다. 산화반응이란 기질(수소 공여체; 산회되는 물질)에서 전자(수소이온)이 이탈되는 반응이다. 수소이온은 용액에서 유리상태로 존재할 수 없으며 동시에 수소이온을 받아들이는 화합물에 의한 환원이 일어난다. 한편, 세포내에서는 기질의 산화로 이탈된 수소이온이 최종 수소 수용체(환원되는 물질)로 전달되어지는 일련의 산화환원반응이 일어나며, 이때 생기는 에너지가 생체 에너지 ATP(adenosine 5`-triphosphate)이다.

24 PART-1. 대사의 원리 이화작용(dissimilation) 고분자유기물을 분해하여 저분자물질로 만드는 과정을 말한다.
이화작용이 진행되면 에너지가 생성되어 방출된다. 이때 방출된 에너지는 생물체가 활동하는 데에 쓰인다. 세포내에서 행해지는 이화작용의 대표적인 예는 호흡이다. 탄수화물은 소화기관을 거치면서 포도당으로 분해되고, 각 세포로 운반된다. 그 후 세포질에서 해당과 정을 거쳐 피루브산으로 다시 분해되고 TCA회로 에 투입되어 결국 아주 간단한 물질인 이산화탄소와 물을 만든다. 그리고 이때 부가적으로 만들어진 물질들이 전자 전달계를 거치면서 산소를 이용해 많은 양의 에너지를 낼 수 있는 ATP분자들을 만들어 낸다. 세포 내에서 일어나는 호흡뿐 아니라 소화기관에서 일어나는 소화 역시 이화작용의 한 예이다. 또 간에서는 혈당량을 일정하게 유지하기 위해 포도당과 글리코겐의 전환이 일어나는데, 혈당이 낮을 때 글리코겐을 포도당으로 분해하여 혈당을 높이는 작용 역시 이화작용이다.

25 PART-1. 대사의 원리 호기적 호흡은 최종 수소 수용체가 산소이며 물(H2O)이 생성되나, 발효의 경우 수소 수용체가 유기화합물이다. 최종 수소 수용체가 산소 이외에 무기화합물(질산염, 황산염, 탄산염)인 경우 협기적 호흡이라 한다. 포도당 1mol이 산화환원반응인 호기적 호흡과정을 거쳐 탄산가스와 물로 완전 산화 될 경우 약 Cal 의 전체 에너지가 생성된다. 한편 효모(Yeast)와 같이 혐기적 조건하에서 탄수화물을 산화환원반응을 통해 알코올(ethyl alcohol)과 탄산가스(CO2)를 생성하는 알코올 발효가 일어날 경우 Cal의 열량이 생성된다. 호흡과 발효과정은 모두 이화작용이지만 전자는 Cal의 에너지를 방출하고, 후자는 불과 Cal를 방출한다. 따라서 호흡작용이 발효보다 효율적인 에너지 생성 과정이다.

26 PART-2. 효소 1). 효소의 작용 생체계에서 화학반응을 촉매하는 단백질로서 수소이온농도, 온도 및 여러가지 물리/화학적 변화에 민감하다. 효소가 촉매작용을 하는 물질을 기질 (substrate)이라 하며, 이러한 기질과 반응하는 효소는 고도의 특이성(specificity)을 나타낸다. 예를 들면, 아밀라아제는 녹말(starch)에만 작용하고 푸로테아제(protease)는 단백질에 만 작용한다. 이것을 효소의 기질 특이성(substrate specificity)이라고 한다. 2). 효소의 구성 효소는 주효소와 조효소(보조인자)로 이루어져 있는데, 주효소는 대부분 단백질로 이루어져 있다. 그리고 조효소는 주효소에 비해 크기가 아주 작으며 단백질이 아닌 금속이온이나, 비타민 등이 보조인자 혹은 보조인자의 전 구체로 사용된다. 이러한 효소의 구성을 보여주는 실험이 있다.

27 PART-2. 효소 실험) 숙신산 탈수소 효소 수용액을 반투막 자루에 넣고 물이 든 비커속에 넣어 충분히 투석하여 투석액(a)와 효소액(A)를 얻는다. 세개의 시험관에 각각 A, a, A+a 이렇게 넣는다. 그리고 숙신산 탈수소 효소의 작용여부를 확인한다. 다음으로 효소액(A)을 가열 한 후 투석액(a)과 혼합하여 효소의 작용 여부를 조사하고, 반대로 투석액(a)을 가열한 후 효소액(A)과 혼합하여 효소의 작용 여부를 조사 한다. 결과) 위 결과를 통해 효소는 커서 반투과 막을 통과 못해 반투과막 주머니 내에 효소액으로 존재하며, 보조인자는 막을 통과한다. 즉 보조인자는 상당히 크기가 작다는 걸 알 수 있다. 또한 효소는 주효소나 보조인자 단독으로 작용할 수 없으며 같이 작용해야 하고, 주효소는 단백질성분이므로 가열했을 때 변성되어 작용이 안되지만, 보조인자는 열에 강한 성분이라는 것을 알 수 있다. 효소액(A) X 투석액(a) 혼합용액(A+a) O 가열 A+a 가열 a+A

28 PART-2. 효소 숙신산탈수소효소[succinate sehydrogenase]
숙신산에서 수소 2원자를 빼앗아 푸마르산을 생성하는 반응을 가역적으로 촉매하는 효소로 동식물계에 널리 존재하며 거의 세포에서 발견된다. 동물세포에서는 미토콘드리아에 존재하여, TCA회로에 함유되어 호흡사슬과 밀접하게 결합해 있는 효소이다. 동식물계에 널리 존재하며, 거의 대부분의 세포에서 볼 수 있다. 동물세포에서는 미토콘드리아에 존재한다. TCA회로에 함유되어 있고, 호흡사슬과 특히 밀접하게 결합된 중요한 효소이다. 플라빈, 2가의 철이온이 관여한다. 또한 촉매능력을 발휘하기 위해서는 무기인산을 필요로 하는데 그 역할은 명확하지 않다. 최적 PH는 7~8, 말론산은 숙신산과 구조가 비슷하므로, 이효소와 복합체를 만들어 그 효소작용을 저해한다.

29 PART-2. 효소 3). 효소의 종류 효소의 종류는 세포 밖으로 분비하는 세포외 효소(exoenzyme)와 세포 내부에 존재하는 세포내 효소 등으로 크게 구분할 수 있으나 보통 촉매하는 화학적 반응의 차이에 따라 분류한다. a). Holoenzyme의 작용: 단백질부위인 apoenzyme은 비단백성분인 조효소와 결합하여 holoen-zyme을 구성하여 기질을 분해한다. b). 효소의 작용: 효소-기질 복합체를 형성하여 기질을 분해한다.

30 PART-2. 효소 -각 기능에 따른 효소의 분류

31 PART-3. 질소 대사 생물의 체내에서 질소를 함유하는 유기화합물이 합성, 분해 되는 모든 화학반응을 말하는데 질소함유 유기화합물의 분해에서 생긴 탄소, 수소, 산소 등은 이산화탄소(CO2), 물(H2O)등이 되고, 질소는 암모니아(NH3)로 전환된다. 이때 이산화탄소와 물은 그대로 체외로 배출되지만, 암모니아는 생물의 종류에 따라 여러 가지 물질로 다시 전환된 다음 얼마 동안 체내에 축적되었다가 배출된다. 미생물이 생존하기 위해서는 단백질, 핵산, 효소 및 그 밖에 많은 물질의 합성과 대사가 되어야 한다. 단백질이나 핵산은 비교적 큰 고분자로서, 새균내에 직접적으로 운반될 수 없으므로 저분자로 소화한 후 균체내로 흡수된다. 이때 일어나는 주요 대사과정이 질소대사(Nitrogen metabolism)이다. 대부분의 세균은 폴리펩티드를 peptidase로 분해하여 아미노산을 생성한다. 아미노산이 호기적으로 분해되면 탈아미노 반응에 의해 a-케토산과 암모니아(R1-COCOOH+NH3)를 생성하고, TCA 경로를 거친 후 CO2와 H2O로 분해되며, 이때 ATP가 생성된다. 그러나 균체내로 도입된 아미노산이 혐기적 분해과정을 거치면 최종산물로서 휘발성 물질인 암모니아,

32 PART-3. 질소 대사 황화수소, 인돌과 아민류를 생성하며 이를 부패(Putrefaction)라 한다.
한편, 미생물은 무기질의 질소원, 특히 암모니아로부터 아미노산을 합성한다. 이 반응에 관여하는 효소계는 glutamic acid dehydrogenase와 aspartase이다. 글루타민산 및 아스파라긴산의 생성은 TCA cycle 중의 알파케토글루타민산(a-Ketoglutamic acid)및 옥산초산으로부터 만들어진다. 효모에서 글루타민산, 아스파라긴산 및 알라닌은 피루브산으로 부터 만들어 지며, 이들 아미노산들은 유리 아미노산 풀(pool)로 존재하였다가 다른 아미노산 합성에 이용된다. 효모는 호기적 조건하에서 TCA cycle을 통해 에너지 생산이 증대하고 글루타민산 및 아스파라긴산 등을 이용하여 단백질 합성한다. 그 밖에 중요한 아미노산의 생합성 경로는 아래와 같으며 대사과정 중 많은 중간 대사산물이 생성된다.

33 PART-4. 지질 대사 미생물의 세포에는 지방산(fatty acid)이 유리상태로 존재할 뿐 아니라 글리세린과 에스텔 결합하여 지질(lipid)로 존재한다. 지질은 세포의 효소인 lipase에 의하여 가수분해되고 그 결과 지방산과 글리세린이 생성되어 각각 대사경로에 이용된다. 지방산은 CoA의 존재하에 B-ketoacyl-CoA 또는 acyl-CoA가 되고, 이로부터 acetyl-CoA가 떨어져 탄소©의 수가 순차 적으로 2개씩 적은 지방산이 된다 같은 방식의 반응이 반복되면서 지방산은 acetyl-CoA로 된다. 지방산이 산화되기 위해 서는 조효소 CoA가 필요하며 또 리보플라빈 판토텐산(pantothenic), 노코틴산아미드(nio tinamide), 아데닌(adenine), 뉴클레오티드 (nucleotide) 및 Mg2+ 등이 요구된다 글리세린은 글리세로인산이 되고 EMP의 경로를 통하여 산화되며, 반대로 지방산 합성은 산화반응의 반대의 경로를 거쳐 합성된다.