3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-1 영양소 요구 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구

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1 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-1 영양소 요구 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구
1) 필수영양소 - 대량원소(macronutrient): 미생물생장에 많은 양으로 필요(95%이상) -> C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg, Fe -> C H O N S P: 탄수화물, 지질, 단백질, 핵산의 구성성분 -> K: 효소활성 -> Ca: 다양한 기능, 내생포자의 내열성 -> Mg: 효소의 조효소, 리보솜,세포막의 안정화 -> Fe: 시토크롬 구성성분, 조효소 - 미량원소(trace element, micronutrient): 소량필요, 생체반응 촉매, 단백질구조 유지 -> Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu - 영양분의 균형 중요 - 필수영양소 결핍 -> 타 영양소의 농도에 관계없이 생장제한 2) C,H,O 의 필요성 - 에너지공급, 전자전달체, 유기분자골격형성 - 유기분자-> 환원된 상태 -> 에너지원과 탄소원 동시공급 Autotroph(독립영양생물): -> CO2를 주된 탄소원으로 사용하는 생물 -> 광합성에 의한 빛 에너지 이용(대부분), 무기물산화로 에너지획득(일부) Heterotroph(종속영양생물) -> 유기분자를 탄소원으로 이용(glucose) -> 탄소원 및 에너지 동시 공급 - 다양한 탄소원 이용가능: 미생물의 특징 -> 다양성, 이용성 -> 알코올, 파라핀, 고무, 유기용매(메탄,메탄올), 난분해성 인공물질(살충제) 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

2 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-1 영양소 요구 3) 영양물질 흡수방법에 따른 미생물 분류 - 에너지형태
Phototroph(광영양생물): 빛을 에너지원으로 사용(광합성) Chemotroph(화학영양생물): 유기물의 산화 - 전자를 취하는 방법 Lithotroph(무기영양생물): 무기물환원으로 전자획득 Organotroph(유기영양생물): 유기물로부터 - 탄소, 에너지, 전자 복합 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인 미생물종류 에너지,전자,탄소원 광무기독립영양 Photolithotrophic autotroph 빛,무기물, CO2 광유기종속영양 Photoorganotrophic heterotroph 빛, 유기수소공여체, 유기탄소원 화학무기독립영양 Chemolithotrophic autotroph 화학무기물, 무기수소, CO2 화학유기종속영양 Chemoorganotrophic heterotroph 화학유기물, 유기수소공여체, 유기탄소원 Mixotroph (혼합영양) 환경요인에 따라 대사양상변화

3 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-1 영양소 요구 4) N, P, S 의 필요성 - 질소:
-> 아미노산, 퓨린, 피리미딘, 탄수화물, 지질, 효소 등 생체구성분자합성 -> 아미노산, 암모니아(NH4), 질산(NO3)에서 얻음 - 인: -> 핵산, 인지질, 보조인자, 단백질 구성성분 -> 무기인산(PO4)이 주공급원 - 황: -> 아미노산(시스테인, 메티오닌), 바이오틴, thiamine의 합성 -> 황산염(SO4) 의 환원으로부터 공급 5) Growth factor(생장인자) - 미생물생장에 필수적으로 요구되나 자체로 합성하지 못하는 물질 - 미생물에 따라 요구종류와 정도가 다름 - 1) 아미노산: 단백질합성 - 2) 퓨린과 피리미딘: 핵산합성 - 3) 비타민: 효소보조인자 - 기타 헴, 콜레스테롤 등 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

4 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-2 영양물질 흡수 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구
- 기질특이성 -> 불필요한 물질 흡수 금지 - 능동적 수송 -> 주위 낮은 농도의 영양소를 세포내로 흡수 - 세포막 통과 필요 1) Diffusion(확산) - Passive diffusion(수동확산): -> 고농도에서 저농도로 무작위적 이동 -> 큰 농도차 필요 -> 영양물질 흡수에 따라 흡수율 감소 -> 물, 산소, 이산화탄소 - Facilitated diffusion(촉진확산) -> 농도차이 이용 -> 수송단백질(permease) 관여 -> 글리세롤, 당류 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인 수동확산과 촉진확산

5 촉진확산의 모형

6 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-2 영양물질 흡수 ABC 수송체 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구
2) Active transport(능동수송) - 농도구배에 역행하여 수송 - 대사에너지 필요 -> ABC transporter(ATP-binding casette) - 수송단백질 관여 - Symport(공동수송): 두 물질을 동일한 방향으로 이송 - Antiport(역수송): 두 물질을 서로 다른 방향으로 이송 3) Group translocation(작용기 전달) - 물질이 수송되면서 화학적으로 변형 - PTS (phosphotransferase system) - 여러 종류의 당류가 PEP(phosphoenolpyruvate)를 인산공여체로 이용 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인 ABC 수송체

7 능동수송

8 Group translocation

9 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-3 배지 - 미생물 성장에 필요한 영양분 함유 - 미생물 분리동정 가능
- 항생제 감수성 측정 - 조성은 미생물마다 다름 1) 제한배지(defined medium), 합성배지(synthetic medium) - 미생물의 영양요구성을 알고 있을 때 - C,N,S,P, 무기질을 포함한 간단한 조성 - 배지의 조성을 알고 있음 2) 복합배지(complex medium) - 특정미생물의 영양요구성을 모를 때 - 화학조성을 모르는 성분 포함 - peptone, yeast extract, malt extract 포함 3) 선택배지(selective medium) - 특별한 영양물질 포함(항생제, 염료, 탄소원) - 특정의 미생물만 생육 4) 분별배지(differential medium) - 서로 다른 종류의 미생물을 구별 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

10 3. 미생물의 영양 및 생장 1. 미생물의 영양 1-4 순수배양(pure culture)
- 혼합집단 미생물군에서 단일세포군 분리배양 - 선택배지이용 -> 특정미생물의 영양요구성을 알고 있을 때 - 희석법 -> 희석된 상태에서 colony 형성유도 - 도말평판법(splead plate) -> 희석 미생물혼합액을 agar plate에 도말 - 획선평판법(streak plate) -> agar plate 상에서 백금선으로 순차적 희석 - 혼합평판법(pour plate) -> 희석 미생물액을 액상 agar 배지와 혼합 후 굳힘 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인 Streaking Pouring

11 Colony 형태에 따른 분류

12 3. 미생물의 영양 및 생장 2. 미생물의 생장 2-1 생장곡선(growth curve) 1. 미생물의 영양
* 회분배양(batch culture): 일정한 양의 배양액이 담긴 배양기 내에서 배양 -> 영양물질 감소, 노폐물 증가 * 생장곡선: batch culture 내에서 생균수에 대수를 취해 얻음 1) Lag phase(유도기) - 처음 배양액에 접종 후 적응시기 - 세포수 증가 없음 - 새로운 구성성분의 합성 -> 신규 영양물질 사용에 필요한 효소 합성 -> 손상회복 - 오래된 배지에 서 배양 후 - 냉장보관 후 > 시간길어짐 - 배지의 화학조성이 바뀐 경우 - 같은 조성의 배지 -> 짧거나 없음 2) Log phase(exponential phase, 대수기) - 최고속도로 성장분열 - 세포의 화학적 생리적 특징이 균일 -> 평형생장(balanced growth) - 영양물질 농도에 따라 성장속도 증가 3) Stationary phase(정체기) - 미생물생장 정지 -> 109/ml 정도에서 미생물 총균수 일정 -> 성장사멸의 평형 - 발생원인 -> 영양물질 부족 -> 독성노폐물 축적 -> 집단의 임계밀도 4) Death phase(사멸기) - 생균수 감소 -> 대수적으로 감소 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

13 미생물의 생장곡선 영양물질 농도와 생장

14 3. 미생물의 영양 및 생장 2. 미생물의 생장 * Doubling time(generation time) 결정
- 대수기에서 이분법으로 분열하는 세포수의 2배 증가 시간 No = 초기의 세포수 Nt = 시간 t 에서의 세포수 Nt = No x 2n n = t 시간 동안의 세대수 양변에 log를 취하면 -> log Nt = log No + n log2 n = = = 평균생장율상수 k = n/t (단위시간당 세대수) Log Nt - log No Log 2 0.301 Log Nt/No 0.301t K = Doubling time -> Nt = 2No 일 때의 시간 g로 표현 0.301g = 1/g g = 1/k ex) 10시간 동안 103 에서 109으로 증가 한 경우 g 값은? Log log 103 (0.301)(10hr) = = 2.0세대/hr g = 1/k = hr/2.0 세대 = 30min/세대 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

15 3. 미생물의 영양 및 생장 2. 미생물의 생장 2-2 생장의 측정 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구
1) 세포수 직접 측정 - hemacytometer 이용법 - 고체배지이용법 -> 형성된 colony에 희석배율 곱함 * CFU(colony forming unit) -> 생균수만을 측정 2) 세포의 질량 측정 - 건조중량 측정 - 흡광도 측정 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

16 3. 미생물의 영양 및 생장 2. 미생물의 생장 2-3 연속배양(continuous culture) 1. 미생물의 영양
- batch culture 에 대응 - 영양물질의 지속적 공급과 노폐물의 지속적 제거 - 대수성장기의 지속적 유지 가능 - 오랫동안 일정량 생물체 유지 공급 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인 연속식 배양

17 3. 미생물의 영양 및 생장 2. 미생물의 생장 2-4 생장영향요인 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구
1) 용질 및 수분활성도 : - 세포내의 충분한 수분을 유지해야 함 - Osmotolerant(내삼투성): 수분활성도가 낮은 환경에서 견딤 - Halophile(호염성): 염분 농도가 높은 고장액에서 서식 2) pH - 생장에 최적인 pH 값을 가짐 - 세포내의 pH 값은 중성을 유지 -> 별도의 유지기작이 필요함 - Acidophile(호산성미생물): pH - Neutrophile(호중성미생물): pH - Alkalophile(호염기성미생물): pH - Extreme alkalophile(극호염기성): pH 10.0 이상 3) 온도 - 외부온도에 따라 내부온도 같이 변화 - 높은 온도 -> 세포의 기능과 구조변화 -> 효소구조변형 - 낮은 온도 -> 세포의 기능저해 -> 효소활성 감소 - 최저온도, 최적온도, 최고온도로 구분 - 저온미생물(psychrophile): O°C에서 자라고 최적 온도는 15°C 이하 - 내저온성(psychrotroph):0-7°C에서 생장가능, 20-30°C 최적, 35°C 최고 - 중온성(mesophile): 20-45°C 최적, 15-20°C 최저, 45°C 최고 -> 대부분 - 고온성(thermophile): 55°C이상에서 생장가능, 45°C 최저, 55-65°C 최적 - 초고온성(hyperthermophile): °C 최적, 55°C 이하에서 생존 못함 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인

18 미생물의 생장최적온도

19 3. 미생물의 영양 및 생장 2. 미생물의 생장 2-4 생장영향요인 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 4) 산소
- 전자전달계의 최종전자수용체의 역할 - aerobe(호기성): 산소가 있는 대기에서 생장 - obligate aerobe(절대호기성): 반드시 산소가 필요 - anaerobe(혐기성): 산소가 없는 곳에서 자람 - facultative anaerobe(조건부 혐기성): 산소가 필수적이지 않으나 산소가 있으면 더 잘 자람 - aerotolerant anaerobe(내기성 혐기성): 산소를 이용하지 않으나 있어도 무방 - obligate anaerobe(절대혐기성): 산소가 있으면 사멸 - microaerophile(미호기성): 높은 산소분압(20%)에서는 생장 못하나 낮은 경우(2-10%) 생장 1. 미생물의 영양 (1) 영양소 요구 (2) 영양물질 흡수 (3) 배지 (4) 순수배양 2. 미생뭏의 생장 (1) 생장곡선 (2) 생장의 측정 (3) 연속배양 (4) 생장영향요인