박테리아의 대사 : 세균성 대사

세균성 대사에 관한 고찰

 

 

 

신진대사는 세포 또는 유기체에서 발생하는 모든 생화학 반응을 말합니다. 박테리아 대사 연구는 일반적으로 박테리아에서 에너지를 생성하는 기능을 하는 기질 산화 및 분해 반응(기질분자가 분해되는 반응)의 화학적 다양성에 중점을 둡니다. 또한 박테리아 대사의 범위 내에는 세포 정상 상태(동화 반응)의 성장 및 유지에 필요한 무기 또는 유기 화합물의 흡수 및 이용에 대한 연구가 있었습니다. 이들 각각의 익소그제니(에너지 수확) 및 엔도그제니(에너지 요구) 반응은 통합된 효소 시스템에 의해 살아있는 박테리아 세포 내에서 촉매되며, 최종결과는 세포의 자기 복제입니다. 미생물 세포의 생존 능력과 기능에 대해 알아보겠습니다.

 

박테리아 세포는 고도로 전문화된 에너지 변압기입니다. 기질 산화에 의해 생성된 화학 에너지는 아데노신데힘페인트(ADP) 및 아데노신트리힘페인트(ATP)와 같은 고 에너지 화합물 또는 정원 에스테르결합을 함유하는 화합물의 형성으로 보존됩니다.

 

(아세틸 ~ SCOT) 또는 수시 일 ~ SCOT. ADP 및 ATP는 아데노신 모노 힘 페인트 (AMP) + 1 및 2개의 고 에너지 힘페인트 (각각 AMP ~ P 및 AMP ~ P ~ P)를 나타내고; 에너지는 이들 화합물에 고 에너지 힘페인트 결합으로 저장됩니다. 적절한 효소 시스템의 존재하에 이들 화합물은 세포에 필요한 새로운 복합 유기 화합물을 합성하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있습니다. 모든 살아있는 세포는 그러한 고 에너지 화합물의 형성 및 사용을 위한 정상 상태 생화학 반응을 유지해야 합니다.

 

과학자들은 종과 관계없이 박테리아 세포가 여러 측면에서 다른 모든 살아있는 세포와 화학적으로 유사하다는 것을 인식했습니다. 예를 들어, 이들 연구자는 수소이동이 모든 대사과정에서 공통적으고 근복적인 특징임을 인식했습니다. 포유류 및 식물세포와 같은 박테리아는 ATP 또는 고 에너지 인산염 결합을 주요 화학에너지원으로 사용합니다. 박테리아는 또한 성장 및 에너지 변환에 필요한 많은 산화-환원 반응을 위한 기능적 조효소로서 B-복합 비타민을 요구합니다. Thiobacillus thiooxidans 와 같은 유기체 황 및 무기염만을 함유하는 배지에서 성장한 다량의 티아민, 리보플라빈, 니코틴산, 판토텐산, 피리독신 및 바이오틴을 합성합니다. 따라서 Kluyver는 생화학의 단일 이론 ( Die Einheit in Der Biochemie )을 제안했는데, 이는 생명체의 세포 내에서 생명 과정을 지지하고 유지하는 모든 기본 효소 반응이 차이보다 더 유사하다는 것을 나타냅니다. 이 생화학 통일 개념은 많은 연구자가 분자 수준에서 본질에서 "동일한"관련 진핵생물, 식물과 동물 생화학 반응을 연구하기 위한 모델 시스템으로 박테리아를 사용하도록 자극했습니다.

 

영양학적 또는 대사적 관점에서, 3가지 주요 생리학적 유형의 박테리아가 존재합니다. 이종영양, 자가영양, 및 광합성 박테리아가 이에 해당합니다.

 

 

 

이종영양 대사

 

모든 병원체를 포함하는 이종영양 박테리아는 유기 화합물의 산화로부터 에너지를 얻습니다. 탄수화물, 지질 및 단백질이 가장 일반적으로 산화된 화합물입니다. 박테리아에 의한 이들 유기 화합물의 생물학적 산화는 화학 에너지원으로서 ATP의 합성을 초래합니다. 이 공정은 또한 생합성 또는 동화반응을 위해 박테리아 세포에 필요한 더 간단한 유기 화합물의 생성을 허용합니다.

 

Krebs 주기 중간체 화합물은 박테리아에서 복잡한 유기 화합물의 에너지를 요구하는 생합성을 위한 전구체 분자 (빌딩 블록)의 역할을 합니다. 새로운 세포 성분의 생합성을 위해 동시에 에너지를 생성하고 전구체 분자를 생성하는 분해 반응을 양친 매서이라고 합니다.

 

모든 종속 영양 박테리아에는 미리 형성된 유기 화합물이 필요합니다. 이들 탄소-및 질소-함유 화합물은 성장 등가물로서, 환원성 등가물 (예를 들어, 감소 된 니코틴아마이드 아데닌 데 뉴클레오티드; NADA + H + ); 이러한 환원 다량은 차례로 모든 생물학적 산화 및 발효 시스템의 화학 에너지 원이다. 이종 영양제는 가장 일반적으로 연구되는 박테리아입니다. 이들은 탄수화물, 단백질 또는 혈액과 같은 다른 복합 영양소를 함유하는 배지에서 쉽게 자랍니다. 또한, 우유 (락트산 박테리아를 연구하기 위해) 또는 탄화수소 (탄화수소-산화 유기체를 연구하기 위해)와 같은 다른 자연 발생 화합물을 첨가함으로써 성장 배지가 풍부해질 수 있습니다.

 

 

호흡

 

포도당은 종속영양대사 연구에 사용되는 가장 일반적인 기질입니다. 대부분의 호기성 유기체는 다음 반응식에 의해 포도당을 완전히 산화시킵니다.

 

이 방정식은 호흡이라 불리는 세포 산화 과정을 나타냅니다. 호흡은 식물과 동물의 세포 내에서 발생하며, 일반적으로 포도당 1 분자의 산화로부터 38 ATP 분자 (에너지)를 생성합니다. 이것은 포도당 (ATP ~ 10,000cal / mole) 상태 당 대략 380,000 칼로리 (cal)를 산출합니다. 열역학적으로, 1 몰의 포도당의 완전한 산화는 약 688,000cal을 산출해야 합니다. 화학적 에너지 (또는 ATP 형성)로서 생물학적으로 보존되지 않은 에너지는 열 (308,000cal)로 방출됩니다. 따라서 세포 호흡 과정은 적어도 약 55% 효율이 발생합니다.

 

포도당 산화는 에너지 생산 또는 ATP 합성으로 이어지는 가장 일반적으로 연구되는 분해 반응입니다. 포도당의 완전한 산화는 3가지 기본 생화학적 경로를 포함할 수 있습니다. 첫 번째는 해당 또는 Embden-Meyerhof-Parkas 경로이고 두 번째는 Krebs 주기 (시트그산주기 또는 트리 카그 복실 산주기라고도 함)이고 세 번째는 일련의 막 결합 전자입니다. 산화 적 인산화에 결합 된 수송 산화. 호흡은 유기 화합물 (보통 탄수화물)이 CO2 및 H2O로 완전히 산화될 때 발생합니다. 호기성 호흡에서 분자 O2 는 전자의 말단 수용체 역할을 합니다. 혐기성 호흡은 NO3, SO4, CO2 또는 푸마 레이 트는 연구된 박테리아에 따라 O2 대신에 말단 전자 수용체로 작용할 수 있습니다 . 호흡 과정의 최종 결과는 유기 기질 분자의 완전한 산화이며, 최종 제품은 주로 CO2 및 H2입니다. 암모니아는 단백질 (또는 아미노산)이 기질 산화된 경우에도 형성됩니다.

 

 

 

발효

 

이종영양대사의 다른 예인 발효에는 말단 전자 수용체로서 유기 화합물이 필요합니다. 발효에서, 간단한 유기 최종 생성물은 포도당의 혐기성 분해에 의해 형성됩니다. 에너지(ATP)는 포다당이 효소적으로 분해될 때 발생하는 탈수소화반응을 통해 생성되는데, 이 불안전한 생물학적 산화 공정으로부터 형성된 간단한 유기 최종 생성물은 또한 최종 전자 및 수소 수용체로서 작용합니다. 이들 유기 최종 생성물은 폐기물 대사 산물로서 배지 내로 분비됩니다. 유기 기질 화합물은 박테리아에 의해 불완전하게 산화되지만, 미생물 성장에 충분한 에너지를 산출합니다. 포도당은 발효 반응을 연구하는데 사용되는 가장 일반적인 핵 소스입니다.

 

대부분의 미생물 발효에서, 포도당 분해는 해당 경로를 통해 발생합니다. 가장 일반적으로 생성되는 간단한 유기 화합물은 피로 베이트 또는 피로 베이트로부터 효소적으로 유도된 화합물, 예를 들어 아세트알데하이드, α- 아세 놀락 데이트, 아세틸 ~ SCOT 또는 락틸 ~ SCOT입니다. 이어서, 아세트알데하이드는 NADA + H + 에 의해 에탄올로 환원될 수 있으며 , 이는 세포에 의해 배출됩니다. 연쇄상 구균 (예 : Streptococcus lactic )과 많은 젖산균 (예 : Lactobacillus casei , L. pentosus ) 에서 발생하는 젖산 발효의 최종 산물)는 단일 유기산, 락트산입니다. 포도당 발효에서 젖산만을 생산하는 유기체는 호모 퍼 조언자입니다. Homofermentative 젖산 박테리아는 해당 경로를 통해 포도당을 독점적으로 분해합니다. 아세트산, 에탄올, 메탄산 및 CO2 와 같은 여러 최종 산물로 포도당을 발효시키는 유기체는 이종 발효기 (heterofermenter)라고 합니다.

 

이종 발효 박테리아의 예는 낙토 간균 , 류 코너스 토크 및 마이크로 박테리아 종을 포함합니다. 이종 발효 발효는 장내 세균 (예 : 대장균 , 살모넬라균 ,시겔 라 및 프로테우스 종). 이들 글루코스 발효기 중 다수는 일반적으로 산 최종 생성물 (포그 동료, 아세데이트, 락 데이트 및 수시 네이트)의 다른 조합으로 CO2 및 H2 를 생산한다. 같은 다른 세균 엔대로 aerogenes , 모나스 , 세라 티아 , 에그 위니아 , 및 간균 종은 CO 형태 2 와 H2 뿐만 아니라 다른 중성 최종 제품 많은 혐기성 크로스 트리 데아 (예를들어, Clostridium saccharobutyricum , C. thermosaccharolyticum ) 및 Butyribacterium 위 종, 부티그산, 아세트산, CO의 생산 효소 포도당 2 , 및 H2 다르지만, 클로 스트 리튬 속에서의 종 ( C. acetobutylicum 위 및 C.의 butyricum는 ) 이러한 최종 산물 플러스 기타 (뷰탄올, 아세톤, 아이소프로판올, 메탄산을 형성하고, 에탄올). 유사하게, 무산소 플로피온산 균 ( 플로피 종)과 관련 Veillonella의 종 효소 포도당 형성 CO2 , 플로피온산, 아세트산 및 석신산. 이 박테리아에서 프로 피오 네이트는 Krebs 주기 반응의 부분 역전에 의해 형성되며 CO2를 포함합니다옥 살로 아세데이트 (4- 탄소 중간체)를 형성하는 피로 베이트 (Wood-Workman 반응)에 의한 고정. 옥 살로 아세데이트는이어서 말 레이트, 푸마 레이트 및 수시 네이트로 환원되고, 이는 탈 카복실화되어 프로 피오 네이트로 이루어진다. 프로 피오 네이트는 또한 다른 세 개의 탄소 경로에 의해 형성된다 C.의 propionicum , 박 테로이드의 ruminicola 및 Peptostreptococcus 위 락틸 ~ SCOT 중간을 포함, 종. 호기성 아세트산 박테리아 ( 아세토박터 및 관련 글루 코너 박터 종)도 포도당을 발효시켜 아세데이트와 글루코 네이트를 생성할 수 있습니다. 일반적인 중간 피로 베이트를 통한 글루코스의 탈 이화로부터 다양한 주요 발효 최종 생성물이 형성되는 경로를 요약한 것입니다.