미생물의 대사작용 Microbial Metabolism

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1 미생물의 대사작용 Microbial Metabolism

2 대사작용 (Metabolism) 대사작용 (Metabolism) Metaballein (Greek) = change
- 세포 안에서 일어나는 모든 생화학 반응 - 세포는 환경으로부터 영양물질을 획득하여 대사작용을 통해 에너지와 환원력을 만들고, 세포를 구성하는 고분자물질을 합성하여 증식함 - 대사작용은 생체촉매인 효소의 작용으로 일어남 - 대사작용은 분해대사와 합성대사로 구별

3 분해대사와 합성대사 분해대사 (이화작용, Catabolism) 합성대사 (동화작용, Anabolism)
- 영양소를 분해하고 산화시켜 세포 구성물질의 합성에 사용할 에너지, 환원력 및 저분자 물질을 만드는 과정 합성대사 (동화작용, Anabolism) - 분해대사에서 생성된 에너지, 환원력, 저분자 물질을 이용하여 세포 구성 성분을 합성하는 과정 ☞ 분해대사와 합성대사는 수 많은 대사경로로 이루어짐 각 대사경로는 다수의 효소반응으로 이루어짐 각 대사경로는 긴밀한 상호작용을 함

4 효소(Enzyme) 효소는 생체촉매(biocatalyst) - 촉매(catalyst) : 화학반응 자체는 변화시키지 않고,
반응속도를 증가시킴 (활성화 에너지 감소) - 기질(substrate) : 효소의 촉매작용을 받는 물질 생성물(product) : 효소반응의 결과 형성되는 물질 (최종산물)

5 - 구상단백질(globular protein)
- 효소의 특성은 효소가 단백질임에 기인 - 일부 효소는 단백질 이외에 비단백질 부분을 포함함 - 일부 효소는 조효소(coenzyme)를 필요로 함 ☞ 리보자임(ribozyme) : 촉매작용을 하는 RNA 분자

6 효소의 반응특이성 - 기질특이성(substrate specificity) 특정 기질에만 선택적으로 작용
광학이성질체, 기하이성질체에 대해서도 특이성을 나타냄 - 생성물 특이성(product specificity) 일반 촉매반응 : 반응이 불완전하게 일어나거나 부산물 생성 효소반응 : 부산물이 거의 생성되지 않음 - 활성부위(active site) 효소-기질 복합체(enzyme-substrate complex)의 형성 열쇠-자물쇠 모델(key and lock model)

7 효소반응은 온화한 조건에서 - 일반 촉매반응 : 높은 온도와 압력, 높거나 낮은 pH에서 효소반응 : 100℃ 이하의 온도에서
1기압 정도의 낮은 압력에서 중성에 가까운 pH에서 ☞ 효소의 불활성화(inactivation) 높거나 낮은 온도, 압력, pH에서는 효소 단백질이 변성(denaturation)되어 효소가 활성을 잃음 ☞ 효소반응의 최적조건 optimum pH, optimum temperature, …

8 효소의 이름 - 접두어 : 효소가 작용하는 기질 접미어 : -ase lactase lipase protease amylase
cellulase chitinase catalase

9 에너지대사 광합성 (photosyntheis) 호흡 (Respiration)
세포의 생합성, 영양소 수송, 기초대사, 운동 등의 기능 수행에 필요 광합성 (photosyntheis) 광합성 생물(식물, 광합성 미생물)은 H2O와 CO2로부터 탄수화물을 합성하여 에너지원으로 사용 호흡 (Respiration) - 대부분의 세포는 호흡(분해대사)을 통해 탄소화합물(주로 탄 수화물)을 분해하여 에너지를 얻음 - 광합성을 하지 않는 생물체는 탄수화물을 섭취하여 이용 - 탄수화물은 세포 밖에서 효소에 의해 분해되어 포도당 등의 작은 분자가 되어 세포 안으로 흡수됨

10 ATP(adenosine triphosphate)
- 에너지는 ATP 형태로 생산/저장/전달/이용 - 고에너지 인산 화합물 : 고에너지 인산기(~P)를 가짐 - ATP가 가수분해 될 때에는 에너지가 방출됨 ADP 또는 AMP로부터 ATP를 합성할 때에는 에너지가 소모됨 - GTP, UTP, CTP 등도 고에너지 인산기를 저장/전달함

11 중요한 에너지대사 해당과정(Glycolysis) - Glyco- : 포도당(glucose)/탄수화물 -lysis : 분해
- EMP 경로(Embden-Meyerhof-Parnas pathway) - 포도당을 혐기적 조건에서 피루브산(pyruvic acid)으로 분해 에너지(ATP), 환원력(NADH) 생산 - Glucose ⇒ 2 Pyruvate + 2ATP + 2(NADH + H+)

12 중요한 에너지대사 발효 (Fermentation) - 미생물을 이용한 물질 생산
- 혐기적 조건에서 피루브산 ⇒ 에탄올, 젖산, 이산화탄소, …

13 TCA cycle(Tricarboxylic acid cycle)
- Krebs cycle, 구연산 회로(citric acid cycle) - 미토콘드리아/세포막에서 - 피루브산 ⇒ (호기적 조건에서) 3CO2로 완전 산화 4(NADH + H+)와 1FADH2 생성 - 생성된 NADH/FADH2는 전자전달계/화학삼투를 통해 에너지로 변환

14 전자전달계/화학삼투 - 산화적 인산화 반응(oxidative phosphorylation)
- 전자전달계 (Electron transport system) 해당과정과 TCA 회로에서 생성된 (NADH + H+)와 FADH2가 산화되면서 에너지가 생성됨 O2는 전자수용체로서 작용 : H2O 생성 전자운반체(electron carrier) : Coenzyme Q, cytochromes - 화학삼투 (Chemiosmosis) 전자전달계에서 생성된 에너지는 ATP 합성에 사용됨 ATP 합성효소, ADP, Pi NADH ⇒ 3ATP; FADH2 ⇒ 2ATP

15 광합성 (Photosynthesis)

16 대사조절(Metabolic control)
생물체는 항상 변화하는 환경에 적응하여 주어진 조건에서 가장 효율적으로 생존하고 증식함 대사조절(coordiantion of metabolism) - 세포는 필요한 물질들만, 필요할 때에, 필요한 양만 합성 - 세포는 대사경로를 구성하는 생화학 반응들의 속도를 다양한 방법으로 조절함 중요한 대사조절 방법 - 효소의 합성 조절 - 효소의 분해 - 효소의 활성 조절 - 세포의 투과성 조절