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8.2: 미생물 성장을 위한 산소 요구량 - 생물학

8.2: 미생물 성장을 위한 산소 요구량 - 생물학


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학습 목표

  • 성장을 위한 최소, 최적 및 최대 산소 또는 이산화탄소 요구 사항을 보여주는 시각적 데이터 해석
  • 산소 유무에 관계없이 성장이 필요한 미생물의 다양한 범주를 식별하고 설명합니다: 절대 혐기성 미생물, 절대 혐기성 미생물, 통성 혐기성 미생물, 호기성 혐기성 미생물, 미세호기성 미생물 및 카프노성 미생물
  • 성장 요구 사항의 각 범주에 대한 미생물의 예를 제공하십시오.

대부분의 사람들에게 "인생의 주요 요구 사항은 무엇입니까?"라고 물어보십시오. 그리고 답에는 물과 산소가 포함될 가능성이 높습니다. 물의 필요성에 대해 이의를 제기하는 사람은 거의 없지만 산소는 어떻습니까? 산소가 없는 생명체가 존재할 수 있을까?

답은 분자 산소(O2) 항상 필요한 것은 아닙니다. 생명의 초기 징후는 지구의 조건이 매우 감소하고 유리 산소 가스가 본질적으로 존재하지 않았던 기간으로 거슬러 올라갑니다. 시아노박테리아가 광합성의 부산물로 산소를 방출하기 시작하고 바다에서 산소를 흡수할 수 있는 철의 용량이 고갈된 후에야 대기의 산소 수준이 증가했습니다. 종종 대산소 사건 또는 산소 혁명으로 불리는 이 사건은 대규모 멸종을 일으켰습니다. 대부분의 유기체는 반응성 산소종(ROS)의 강력한 산화 특성, 매우 불안정한 이온 및 산소가 부분적으로 환원되어 이들이 접촉하는 구조를 거의 손상시킬 수 있는 분자에서 생존할 수 없습니다. 일중항 산소(O2•), 과산화물(O2-), 과산화물(H2영형2), 하이드록실 라디칼(OH•) 및 차아염소산염 이온(OCl), 가정용 표백제의 활성 성분은 모두 ROS의 예입니다. 활성 산소 종을 해독할 수 있었던 유기체는 산소의 높은 전기 음성도를 이용하여 신진 대사를 위한 자유 에너지를 생성하고 새로운 환경에서 번성했습니다.

미생물의 산소 요구량

많은 생태계에는 여전히 분자 산소가 없습니다. 일부는 깊은 바다나 지각과 같은 극단적인 위치에서 발견됩니다. 다른 것들은 습지, 습지, 하수구와 같은 일상적인 풍경의 일부입니다. 인간과 다른 동물의 신체 내에서 산소가 거의 또는 전혀 없는 영역은 미생물에게 혐기성 환경을 제공합니다. (그림 (PageIndex{1})).

티오글리콜레이트 튜브 배양에서 박테리아를 성장시킴으로써 분자 산소에 대한 다양한 요구 사항을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 시험관 배양은 운동성 박테리아가 배지 전체를 이동할 수 있도록 낮은 비율의 한천을 포함하는 오토클레이브 티오글리콜레이트 배지로 시작합니다. 티오글리콜레이트는 환원성이 강하고 고압증기멸균으로 대부분의 산소를 제거합니다. 시험할 세균 배양액을 튜브에 접종하고 적절한 온도에서 배양합니다. 시간이 지남에 따라 산소는 위에서부터 티오글리콜산 튜브 배양물 전체로 천천히 확산됩니다. 산소 농도가 특정 유기체의 성장에 가장 적합한 영역에서 박테리아 밀도가 증가합니다.

티오글리콜산 튜브에서 다양한 산소 요구량을 가진 박테리아의 성장은 그림 (PageIndex{2})에 나와 있습니다. 튜브 A에서는 모든 성장이 튜브 상단에서 보입니다. 박테리아는 풍부한 산소 공급 없이는 성장할 수 없는 절대(엄격한) 호기성입니다. 튜브 B는 튜브 A의 반대처럼 보입니다. 박테리아는 튜브 B의 바닥에서 자랍니다. 이들은 산소에 의해 사멸되는 절대 혐기성입니다. 튜브 C는 튜브 상단에서 심하게 성장하고 튜브 전체에서 성장을 나타내며, 통성 혐기성 미생물의 전형적인 결과입니다. 통성 혐기성 생물은 산소가 있는 곳에서 번성하지만 산소가 없는 상태에서도 발효 또는 혐기성 호흡에 의존하여 성장하는 유기체입니다. 산소 이외의 적절한 전자 수용체가 있고 유기체가 혐기성 호흡을 수행할 수 있는 경우입니다. 튜브 D의 aerotolerant anaerobes는 산소의 존재에 무관심합니다. 그들은 일반적으로 발효 대사를 가지고 있기 때문에 산소를 사용하지 않지만 절대 혐기성 미생물처럼 산소의 존재에 의해 해를 입지 않습니다. 오른쪽의 Tube E는 "Goldilocks" 문화를 보여줍니다. 산소 수준은 너무 많지도 너무 적지도 않은 성장에 딱 맞아야 합니다. 이 미세호기체는 성장을 위해 최소 수준의 산소를 필요로 하는 박테리아로, 대기에서 발견되는 21%보다 훨씬 낮은 약 1~10%입니다.

절대 호기성 미생물의 예는 다음과 같습니다. 결핵균, 결핵의 원인균 및 마이크로코커스 루테우스, 피부를 식민지화하는 그람 양성 박테리아. 나이세리아 수막염, 중증 세균성 뇌수막염의 원인균, N. 임질, 성병의 원인균도 절대호기성균이다.

많은 절대 혐기성 미생물은 토양의 깊은 퇴적물, 잔잔한 물과 같은 혐기성 조건이 존재하는 환경 및 광합성 생물이 없는 심해 바닥에서 발견됩니다. 혐기성 조건은 동물의 장관에도 자연적으로 존재합니다. 절대혐기성균, 주로 박테로이데테스, 인간 장내 미생물의 많은 부분을 나타냅니다. 조직에 혈액 순환이 공급되지 않을 때 일시적인 혐기성 조건이 존재합니다. 그들은 죽고 절대 혐기성 미생물의 이상적인 번식지가 됩니다. 인체에서 마주치는 또 다른 유형의 절대 혐기성 세균은 그람 양성인 막대 모양의 클로스트리디움 종 내생포자를 형성하는 능력으로 인해 산소가 있는 곳에서도 생존할 수 있습니다. 건강 획득 감염의 주요 원인 중 하나는 다음과 같습니다. C. 디피실레, C. diff로 알려져 있습니다. 다른 감염에 항생제를 장기간 사용하면 환자가 이차적으로 발병할 가능성이 높아집니다. C. 디피실레 전염병. 항생제 치료는 장내 미생물의 균형을 교란하고 장의 식민지화를 허용합니다. C. 디피실레, 결장의 심각한 염증을 유발합니다.

심각한 감염을 일으키는 다른 클로스트리디아는 다음과 같습니다. C. 테타니, 파상풍의 대리인, 및 C. 퍼프린젠스, 가스 괴저를 유발합니다. 두 경우 모두 감염은 괴사 조직(혈액 순환에 의해 산소가 공급되지 않는 죽은 조직)에서 시작됩니다. 이것이 깊은 찔린 상처가 파상풍과 관련이 있는 이유입니다. 조직 죽음에 순환 부족이 동반되면 괴저가 항상 위험합니다.

절대 혐기성 미생물 연구에는 특별한 장비가 필요합니다. 절대혐기성 박테리아는 산소가 없는 조건에서 성장해야 합니다. 가장 일반적인 접근 방식은 혐기성 병에서 배양하는 것입니다(그림 (PageIndex{3})). 혐기성 병에는 산소를 제거하고 이산화탄소(CO2). 혐기성 챔버는 모든 산소가 제거되는 밀폐된 상자입니다. 상자의 구멍에 밀봉된 장갑을 사용하면 배양물을 공기에 노출시키지 않고 배양물을 처리할 수 있습니다(그림 (PageIndex{3})).

포도상구균 및 Enterobacteriaceae는 통성 혐기성 미생물의 예입니다. 포도상구균 피부와 상부 호흡기에서 발견됩니다. 장내세균과(Enterobacteriaceae)는 주로 장과 상기도에서 발견되지만 때때로 요로로 퍼질 수 있으며, 이 곳에서 감염을 일으킬 수 있습니다. 통성 혐기성 균이 산소를 소모하여 절대 혐기성 균이 번성할 수 있는 환경을 만드는 혼합 박테리아 감염을 보는 것은 드문 일이 아닙니다.

aerotolerant anaerobes의 예로는 구강 미생물군에서 발견되는 유산균과 연쇄상구균이 있습니다. 캄필로박터 제주니, 위장관 감염을 일으키는 미생물은 미호기성 미생물의 한 예이며 저산소 조건에서 자랍니다.

최적 산소 농도는 이름에서 알 수 있듯이 특정 미생물에 대한 이상적인 산소 농도입니다. 성장을 허용하는 가장 낮은 산소 농도를 최소 허용 산소 농도라고 합니다. 최대 허용 산소 농도는 최대 허용 산소 농도입니다. 유기체는 최소 및 최대 허용 산소 농도 사이에서 발견되는 산소 수준 범위를 벗어나서는 성장하지 않습니다.

운동 (PageIndex{1})

  1. 가장 오래된 박테리아 계통이 호기성 또는 혐기성일 것으로 예상하십니까?
  2. 어떤 박테리아가 티오글리콜산 튜브의 위쪽에서 자라고 튜브의 아래쪽에서 자라나요?

달갑지 않은 혐기성 미생물

Charles는 10년 전에 제2형 당뇨병에 걸린 은퇴한 버스 운전사입니다. 은퇴 이후 그의 생활 방식은 매우 좌식으로 바뀌었고 상당한 체중이 증가했습니다. 한동안 왼발이 저리고 저림을 느꼈지만, 발이 단순히 '잠이 든 것'이라고 생각했기 때문에 그는 걱정하지 않았다. 최근에는 발에 긁힌 자국이 나을 기미가 보이지 않고 점점 못생겨지고 있다. 궤양이 그를 크게 괴롭히지 않았기 때문에 Charles는 딸이 피부에 퍼진 자줏빛 변색과 삼출물을 알아차릴 때까지 심각하지 않다고 생각했습니다(그림). 마침내 의사에게 진료를 받았을 때 Charles는 서둘러 수술실로 옮겨졌습니다. 그의 개방성 궤양 또는 궤양은 당뇨병성 발의 결과입니다.

여기서 우려되는 점은 가스 괴저가 죽은 조직에 영향을 미쳤을 수 있다는 것입니다. 가스 괴저의 가장 가능성 있는 원인은 다음과 같습니다. 클로스트리디움 퍼프린젠스, 내생포자를 형성하는 그람 양성 박테리아. 산소가 결핍된 조직에서 자라는 절대혐기성균이다. 죽은 조직은 순환계에서 더 이상 산소를 공급받지 못하기 때문에 죽은 조직은 성장에 이상적인 환경을 제공합니다. C. 퍼프린젠스.

외과의가 찰스 발의 궤양과 방사선 사진을 검사하고 뼈가 아직 감염되지 않았는지 확인합니다. 상처의 괴사조직을 제거하고(죽고 감염된 조직을 제거하는 것을 의미함) 미생물 실험실 분석을 위해 샘플을 보내야 하지만 Charles는 발을 절단할 필요가 없습니다. 많은 당뇨병 환자는 운이 좋지 않습니다. 질병 통제 예방 센터의 통계에 따르면 2008년에 미국에서 거의 70,000명의 당뇨병 환자가 발이나 사지를 절단했습니다.

운동 (PageIndex{2})

의 검출을 위해 어떤 성장 조건을 추천하시겠습니까? C. 퍼프린젠스?

반응성 산소 종의 해독

호기성 호흡은 해독되어야 하는 부산물인 활성 산소 종(ROS)을 지속적으로 생성합니다. 호기성 호흡을 사용하지 않는 유기체조차도 대기 산소에서 형성될 수 있는 일부 ROS를 분해할 방법이 필요합니다. 세 가지 주요 효소는 이러한 독성 부산물인 슈퍼옥사이드 디스뮤타제, 퍼옥시다제 및 카탈라제를 분해합니다. 각각은 다른 반응을 촉매합니다. 반응 1에서 볼 수 있는 유형의 반응은 과산화효소에 의해 촉매됩니다.

[X-(2H^+)+H_2O_2 ightarrow ext{산화된}-X+2H_2O]

이러한 반응에서 전자 공여체(환원된 화합물, 예를 들어 환원 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드[NADH])는 과산화수소 또는 기타 과산화물을 물로 산화시킵니다. 효소는 막 지질의 과산화로 인한 손상을 제한함으로써 중요한 역할을 합니다. 반응 2는 SOD(Superoxide Dismutase) 효소에 의해 매개되며 호기성 대사에 의해 생성된 강력한 슈퍼옥사이드 음이온을 분해합니다.

[2O^{2-} + 2H^+ 오른쪽화살표 H_2O_2+O_2]

효소 카탈라아제는 반응 3과 같이 과산화수소를 물과 산소로 전환합니다.

[2H_2O_2 오른쪽화살표 2H_2O+O_2]

절대 혐기성 미생물은 일반적으로 세 가지 효소가 모두 부족합니다. Aerotolerant 혐기성 미생물에는 SOD가 있지만 카탈라아제는 없습니다. 그림 (PageIndex{5})에 나타난 반응 3은 통성 혐기성 세균인 포도상 구균과 공기 내성이 있고 카탈라아제가 없는 연쇄상 구균을 구별하는 유용하고 신속한 테스트의 기초입니다. 3% 과산화수소 한 방울에 빠르게 혼합된 배양 샘플은 배양이 카탈라아제 양성인 경우 거품을 방출합니다.

더 높은 농도의 CO에서 가장 잘 자라는 박테리아2 대기에 존재하는 것보다 낮은 농도의 산소를 카프노필이라고 합니다. 카노필을 키우는 한 가지 일반적인 방법은 양초 항아리를 사용하는 것입니다. 양초 항아리는 문화를 수용할 수 있는 꼭 맞는 뚜껑이 있는 항아리와 양초로 구성됩니다. 배양액을 병에 넣은 후 양초에 불을 붙이고 뚜껑을 닫습니다. 양초가 타면서 존재하는 대부분의 산소를 소비하고 CO를 방출합니다.2.

운동 (PageIndex{3})

  1. 카탈라아제를 검출하기 위해 시료에 어떤 물질을 첨가합니까?
  2. 양초 항아리에 있는 양초의 기능은 무엇입니까?

임상 초점: 2부

Jeni를 본 의료 제공자는 주로 그녀의 임신 때문에 걱정했습니다. 그녀의 상태는 감염의 위험을 높이고 그녀를 이러한 감염에 더 취약하게 만듭니다. 면역 체계는 임신 중에 하향 조절되며 태반을 통과하는 병원체는 태아에게 매우 위험할 수 있습니다. 미생물학 실험실에 대한 공급자의 명령에 대한 메모에는 다음과 같은 감염 의심이 언급되어 있습니다. 리스테리아 모노사이토제네스, 환자가 나타내는 징후와 증상을 기반으로 합니다.

Jeni의 혈액 샘플은 5% 양 혈액이 풍부한 트립신 한천을 포함하는 배지인 양 혈액 한천에 직접 줄무늬가 있습니다. (혈액은 멸균된 것으로 간주되므로 배지에 경쟁 미생물이 없을 것으로 예상됩니다.) 접종된 플레이트를 37°C에서 24~48시간 동안 배양합니다. 깨끗한 구역으로 둘러싸인 작은 회백색 집락이 나타납니다. 이러한 식민지는 전형적인 리스테리아 및 연쇄상구균과 같은 기타 병원체; 집락을 둘러싸고 있는 투명한 영역은 베타 용혈이라고 하는 배지에서 혈액이 완전히 용해되었음을 나타냅니다(그림 (PageIndex{6})). 카탈라아제의 존재에 대해 테스트할 때, 콜로니는 양성 반응을 나타내어 제거합니다. 연쇄상 구균 가능한 원인으로. 또한, 그람 염색은 짧은 그람 양성 간균을 보여줍니다. 실온에서 배양된 브로쓰 배양의 세포는 리스테리아 (그림 (PageIndex{6})). 이 모든 단서가 실험실로 하여금 리스테리아 Jeni의 혈액 샘플에서

운동 (PageIndex{4})

제니의 상태는 어느 정도이고 적절한 치료는?

주요 개념 및 요약

  • 호기성 및 혐기성 환경은 인체 내부 및 인체의 다양한 부위를 포함하여 자연 전체의 다양한 틈새에서 찾을 수 있습니다.
  • 미생물은 분자 산소에 대한 요구 사항이 다릅니다. 절대호기성 호기성 호흡에 의존하고 말단 전자 수용체로 산소를 사용합니다. 그들은 산소 없이는 자랄 수 없습니다.
  • 절대혐기성균 산소가 있으면 자랄 수 없습니다. 그들은 산소 이외의 최종 전자 수용체를 사용하여 발효 및 혐기성 호흡에 의존합니다.
  • 통성 혐기성 산소가 있는 곳에서 더 나은 성장을 보여주지만 산소 없이도 성장할 것입니다.
  • 하지만 혐기성 혐기성 균 호기성 호흡을 하지 않으면 산소가 있는 곳에서 자랄 수 있습니다. 대부분의 aerotolerant anaerobes 테스트는 효소에 대해 음성 카탈라아제.
  • 미호기성 공기 중의 산소 농도가 21%보다 낮지만 성장하려면 산소가 필요합니다.
  • 최적의 산소 농도 유기체에게 가장 빠른 성장 속도를 촉진하는 산소 수준입니다. NS 최소 허용 산소 농도 그리고 최대 허용 산소 농도 각각 유기체가 견딜 수 있는 가장 낮은 산소 수준과 가장 높은 산소 수준입니다.
  • 과산화효소, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제, 그리고 카탈라아제 해독에 관여하는 주요 효소이다. 활성산소종. Superoxide dismutase는 일반적으로 산소를 견딜 수 있는 세포에 존재합니다. 세 가지 효소 모두 호기성 호흡을 수행하고 더 많은 ROS를 생성하는 세포에서 일반적으로 감지할 수 있습니다.
  • NS 카프노필 대기보다 높은 CO 농도를 필요로 하는 유기체2 성장하기 위해.

미생물의 산소 요구량

많은 생태계에는 여전히 분자 산소가 없습니다. 일부는 깊은 바다나 지각과 같은 극단적인 위치에서 발견되며 다른 일부는 습지, 습지, 하수구와 같은 일상적인 풍경의 일부입니다. 인간과 다른 동물의 신체 내에서 산소가 거의 또는 전혀 없는 영역은 미생물에게 혐기성 환경을 제공합니다. (수치 7.9).

그림 7.9 혐기성 환경은 지구상에서 여전히 일반적입니다. 여기에는 (a) 방해받지 않고 조밀한 퇴적물이 사실상 산소가 없는 늪지, (b) 메탄 생성 물질 및 기타 절대 혐기성 박테리아를 위한 무산소 배양기를 제공하는 반추위(소 위의 첫 번째 구획)와 같은 환경이 포함됩니다. (크레딧: 국립공원청의 작업 수정 크레딧 b: 미국 농무부의 작업 수정)

우리는 박테리아를 성장시킴으로써 분자 산소에 대한 다양한 요구 사항을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 티오글리콜산 관 문화NS. 시험관 배양은 오토클레이브로 시작됩니다. 티오글리콜산 배지 운동성 박테리아가 배지를 통해 이동할 수 있도록 낮은 비율의 한천을 포함합니다. 티오글리콜레이트는 환원성이 강하고 고압증기멸균으로 대부분의 산소를 제거합니다. 시험할 세균 배양액을 튜브에 접종하고 적절한 온도에서 배양합니다. 시간이 지남에 따라 산소는 위에서부터 티오글리콜산 튜브 배양물 전체로 천천히 확산됩니다. 산소 농도가 특정 유기체의 성장에 가장 적합한 영역에서 박테리아 밀도가 증가합니다.

티오글리콜산 튜브에서 다양한 산소 요구량을 가진 박테리아의 성장은 다음 그림에 나와 있습니다. 수치 7.10. 튜브 A에서는 모든 성장이 튜브 상단에서 보입니다. 박테리아는 의무 (엄격한) 호기성 풍부한 산소 공급 없이는 자랄 수 없습니다. 튜브 B는 튜브 A의 반대처럼 보입니다. 박테리아는 튜브 B의 바닥에서 자랍니다. 절대혐기성균, 산소에 의해 죽습니다. 튜브 C는 튜브 상단에서 무거운 성장을 보여주고 튜브 전체에서 성장을 보여줍니다. 통성 혐기성NS. 통성 혐기성 생물은 산소가 있는 곳에서 번성하지만 산소가 없는 상태에서도 발효 또는 혐기성 호흡에 의존하여 성장하는 유기체입니다. 산소 이외의 적절한 전자 수용체가 있고 유기체가 혐기성 호흡을 수행할 수 있는 경우입니다. NS 혐기성 혐기성 미생물튜브 D의 s는 산소의 존재에 무관심합니다. 그들은 일반적으로 발효 대사를 가지고 있기 때문에 산소를 사용하지 않지만 절대 혐기성 미생물처럼 산소의 존재에 의해 해를 입지 않습니다. 오른쪽의 Tube E는 "Goldilocks" 문화를 보여줍니다. 산소 수준은 너무 많지도 너무 적지도 않은 성장에 딱 맞아야 합니다. 이것들 미호기성s는 성장을 위해 최소 수준의 산소를 필요로 하는 박테리아로, 대기에서 발견되는 21%보다 훨씬 낮은 약 1~10%입니다.

그림 7.10 티오글리콜산 튜브의 박테리아 세포 분포 다이어그램.


2. 용질과 물

미생물은 선택적인 반투막에 의해 환경과 분리됩니다. 멤브레인은 또한 내부 용질과 수분 함량을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 외부 환경에서 물 또는 용질 농도의 측면에서 환경이 변경되면 멤브레인의 반투과성 특성으로 인해 내부 함량에 영향을 미칩니다. 주변 환경, 매체 또는 용액은 고장성, 저장성 및 등장성일 수 있습니다. 막을 가로질러 물의 흐름을 허용하는 채널 게이트가 거의 없습니다.

고장성 배지에서, 세포보다 배지 내 용질의 농도가 더 높기 때문에 세포의 수분이 빠져나가 세포 수축을 일으킵니다.

등장성 매질에는 세포막 외부와 내부의 용질과 이온 농도의 균형이 있습니다. 이것은 박테리아 성장을 위한 용질 및 수분 함량의 최적의 물리적 환경입니다.

저장성 매체에서 용질 및 이온 농도는 세포 내부에 존재하는 것보다 낮으므로 물 분자가 이동하여 세포가 팽창합니다. 이것은 또한 세포의 파열로 이어질 수 있습니다.


미생물의 영양 요구 사항

미생물 영양소는 필요한 양에 따라 거대(주)영양소와 미량(미량)영양소 또는 미량원소로 분류할 수 있다.

1. 매크로 또는 주요 미네랄 영양소:

미생물 세포는 전체 무게의 약 80~90%를 차지하는 수분을 함유하고 있으므로 물은 항상 정량적 측면에서 주요 필수 영양소입니다.

세포의 고형물은 산소와 수소(물에서 대사적으로 얻을 수 있음) 외에도 탄소, 질소, 인, 황, 칼륨, 마그네슘, 나트륨, 칼슘 및 철의 순서로 다른 거대(주요) 요소를 포함합니다. 감소하는 풍부함.

미생물 세포의 세포 건조 중량의 약 95%는 6개의 매크로(주요) 요소(O, H, C, N, P 및 S)에 대해서만 설명됩니다. 그러나 주요 미네랄 영양소의 건조 중량의 대략적인 비율과 일반적인 생리 기능은 표 18.1에 나와 있습니다.

탄소는 모든 유기 전지 재료의 주성분으로 매우 중요하며 전지 건조 중량의 약 50%를 차지합니다. CO2 탄소의 가장 산화된 형태이며 광합성 미생물은 CO를 환원시킨다.2 유기 세포 성분에. 반면에, 모든 비광합성 미생물은 탄소 요구량을 주로 환원된 탄소 화합물을 포함하는 유기 영양소로부터 얻습니다.

이러한 유기 화합물은 합성을 위한 탄소를 제공할 뿐만 아니라 에너지 생성 대사 경로에 들어가 에너지 요구 사항을 충족하고 결국 CO로 산화됩니다.2.

일부 미생물은 단일 유기 탄소 공급원을 사용하여 모든 세포 구성 요소를 합성할 수 있는 능력이 있는 반면, 다른 미생물은 이 하나의 주요 탄소 공급원 외에도 합성할 수 없는 다른 복합 탄소 함유 구성 요소를 필요로 합니다.

이러한 구성 요소를 성장 인자라고 하며 비타민을 포함합니다. 일부 미생물은 하나 이상의 탄소 화합물을 사용할 수 있으며 매우 다양합니다. 그러나 다른 사람들은 이와 관련하여 전문화되어 있습니다.

유황과 질소는 대부분의 유기체에 의해 흡수되고 이후에 세포 내에서 환원되어 다른 생합성 과정에 활용됩니다. 대부분의 유기체의 황 및 질소 요구량은 아미노산과 같은 환원된 유기 조합으로 이 두 요소를 포함하는 유기 영양소로도 충족될 수 있습니다. 소수의 미생물은 원소 질소를 암모니아로 환원할 수 있으며 이러한 질소 동화 과정을 생물학적 질소 고정이라고 합니다.

대부분의 미생물은 호흡을 위해 분자 산소가 필요합니다. 이 중 산소는 말단 전자수용체 역할을 하며 이러한 유기체를 '절대호기성 미생물'이라고 합니다.

이와는 대조적으로 분자 산소를 말단 전자 수용체로 사용하지 않는 유기체가 몇 가지 있습니다. 우리는 산소가 모든 미생물의 세포 물질의 구성 요소라는 것을 기억합니다. 이러한 미생물을 ‘절대 혐기성 미생물’이라고 합니다.

사실, 분자 산소는 이러한 유기체에 유독합니다. 산소가 없는 상태에서 자랄 수 있는 호기성 미생물을 '통성 혐기성 미생물'이라고 하고, 산소가 있는 상태에서 자랄 수 있는 혐기성 균을 '통성 혐기성 미생물'이라고 합니다. 이러한 주요 클래스 외에도 감소된 산소 압력에서 가장 잘 성장하지만 절대 호기성인 유기체가 있으며 이를 ‘미호기성’이라고 합니다.

2. 미량 또는 미량 미네랄 영양소 또는 미량 원소:

미생물은 일반적으로 매크로(주요) 원소 뿐만 아니라 거의 모든 미생물이 잔류 분획으로 필요로 하는 코발트, 구리, 망간, 몰리브덴, 니켈, 셀레늄, 텅스텐, 바나듐 및 아연과 같은 다른 원소도 사용합니다.

이러한 원소는 종종 미량(미량) 영양소 또는 미량 원소라고 합니다. 그럼에도 불구하고 미량 영양소 또는 미량 원소는 다량 영양소와 마찬가지로 세포 기능에 중요합니다.

그들은 세포의 촉매 역할을 하는 금속이며 그 중 다수는 다양한 효소에서 구조적 역할을 합니다. 표 18.2는 살아있는 시스템의 주요 미량 영양소를 요약하고 각각이 역할을 하는 효소의 예를 제공합니다. 그러나 일부 미생물은 추가적인 특정 미네랄 영양소가 필요합니다. 예를 들어 규조류와 일부 미세조류는 세포벽을 함침시키기 위해 규산염으로 공급되는 실리카가 필요합니다.

성장인자:

미네랄 영양소 외에도 미생물에는 일부 유기 화합물이 필요합니다. 대부분의 미생물은 더 단순한 탄소 자원에서 이러한 유기 화합물을 합성할 수 있지만 다른 미생물은 적절한 성장과 발달을 위해 외부로부터의 공급을 필요로 하지 않으며 필요로 합니다.

이러한 유형의 유기 영양소는 집합적으로 성장 인자(필수 대사 산물)로 알려져 있으며 화학 구조와 대사 기능에 따라 세 그룹(아미노산, 퓨린, 피리미딘 및 비타민)으로 분류할 수 있습니다.

아미노산과 퓨린과 피리미딘은 각각 단백질과 핵산의 구성성분입니다. 그러나 비타민은 가장 일반적으로 필요한 성장 인자이며 보철 그룹의 일부 또는 특정 효소의 활성 중심을 형성합니다. 몇 가지 중요한 비타민과 그 기능은 표 18.3에 요약되어 있습니다.

성장 인자는 특정 분자의 생합성에서 특정한 요구를 충족시키기 때문에, 전구물질이고 촉매 역할을 하는 다양한 조효소로 인해 매우 적은 양으로도 매우 적은 양의 비타민이 필요합니다. 미생물 세포에서 백만분의 일 몇 개.


온도

박테리아는 광범위한 온도에 적응했습니다. 약 15°C(59°F) 미만의 온도에서 자라는 박테리아는 호온성입니다. 온대 지역 토양의 평균 지하 온도가 약 12°C(54°F)이고 바다의 90%가 5°C(41°F) 또는 더 차갑다. 북극과 남극 해수와 퇴적물에서 분리된 절대호호성체는 최적 성장 온도가 약 10°C(50°F)이며 20°C(68°F)에 노출되면 생존하지 않습니다. 대부분의 호냉성 박테리아는 그람 음성 속에 속합니다. 슈도모나스, 플라보박테리움, 아크로모박터, 그리고 알칼리게네스. 중온성 박테리아는 최적의 성장이 20~45°C(68~113°F) 사이에서 발생하지만 일반적으로 10~50°C(50~122°F)의 온도에서 생존하고 성장할 수 있습니다. 동물 병원체는 중온체입니다.

호열성 원핵생물은 60°C(140°F)보다 높은 온도에서 자랄 수 있습니다. 이러한 온도는 썩어가는 퇴비 더미, 온천 및 해양 지열 분출구에서 발생합니다. 온천의 유출수에 세균과 같은 호열성 물질이 테르무스 아쿠아티쿠스 (성장을 위한 최적 온도, 70°C[158°F] 최대 온도, 79°C[174°F]) 온도가 약 70°C로 떨어진 소스 근처에서 발견됩니다. 남세균의 두꺼운 매트 시네코코커스 그리고 광영양성 글라이딩 박테리아 클로로플렉서스 유출수의 다소 시원한 부분에서 발달합니다. 고고학자 설포로부스 아시도칼다리우스 약 1.0~6.0의 pH 범위와 80°C(176°F)의 최적 온도에서 성장할 수 있는 산성 조건에 대한 내성이 높습니다. 수많은 박테리아와 고세균은 속 일부 구성원을 포함하여 50~70°C(122~158°F)의 온도 범위에 적응합니다. 새균, 열방선균, 메타노박테리움, 메틸로코커스, 그리고 설포로부스. 가장 놀라운 것은 1980년대 중반 깊은 해저에 있는 영양이 풍부하고 극도로 뜨거운 열수 분출구에서 박테리아와 고세균이 발견되었다는 것입니다. 속의 고세균 피로딕튬 80 ~ 110°C(176 ~ 230°F)의 온도 범위에서 번성하며, 이 온도에서는 물이 극도로 높은 압력 때문에 액체 상태로 남아 있습니다.

대부분의 박테리아는 중성 pH 값(5에서 8 사이) 범위에서 성장하지만 일부 종은 더 산성 또는 알칼리성 극한에서 생활에 적응했습니다. 호산성 박테리아의 예는 다음과 같습니다. A. 페로옥시단스. 탄층이 채광 작업을 통해 공기에 노출되면 황화철광상이 다음의 공격을 받습니다. A. 페로옥시단스 pH를 2.0 또는 0.7로 낮추는 황산을 생성합니다. 그러나 내산성 A. 페로옥시단스 이 박테리아는 염산과 같은 동일한 농도의 다른 산에 노출되면 죽기 때문에 황산에만 적용됩니다. 많은 박테리아는 산성 환경, 특히 혐기성 조건에서 견딜 수 없으며, 결과적으로 식물 중합체는 산성(pH 3.7~5.5) 습지, 소나무 숲 및 호수에서 천천히 분해됩니다. 호산성 세균과 달리 알칼리성 세균은 pH 10~11의 알칼리성 농도에서 자랄 수 있습니다. 알칼리성 세균은 토양에서 분리되었으며 대부분은 그람 양성 속의 종입니다. 새균.


8.2: 미생물 성장을 위한 산소 요구량 - 생물학

호기성 유기체 또는 호기성 유기체는 산소가 공급된 환경에서 생존하고 성장할 수 있는 유기체입니다. 여러 종류의 호기성 미생물이 존재합니다. 절대 호기성 미생물은 호기성 세포 호흡을 위해 산소가 필요합니다. 세포 호흡으로 알려진 과정에서 이러한 유기체는 에너지를 얻기 위해 기질(예: 설탕 및 지방)을 산화시키기 위해 산소를 사용합니다. 통성 혐기성 생물은 산소를 사용할 수 있지만 혐기성(산소가 필요하지 않은) 에너지 생산 방법도 있습니다. 미세호기체는 산소를 사용할 수 있지만 낮은 농도에서만 사용하는 유기체입니다. Aerotolerant 유기체는 산소가 있는 곳에서 생존할 수 있지만 말단 전자 수용체로 산소를 사용하지 않기 때문에 혐기성입니다.

호기성 및 혐기성 박테리아의 식별: 호기적으로 다른 박테리아는 액체 배양에서 성장할 때 다르게 행동합니다. 1) 절대 호기성 박테리아는 최대량의 산소를 흡수하기 위해 시험관 상단에 모입니다. 2) 절대혐기성세균이 바닥에 모여서 산소를 피한다. 3) 통성세균은 호기성 호흡이 유리하여(즉, 에너지적으로 유리) 대부분 상부에 모이지만, 산소가 부족해도 해를 끼치지 않기 때문에 시험관 전체에 걸쳐 발견된다. 4) 미호기체는 시험관 상부에 모이지만 상부에는 모이지 않는다. 산소가 필요하지만 농도는 더 낮습니다. 5) Aerotolerant 박테리아는 산소의 영향을 전혀 받지 않으며 시험관을 따라 고르게 퍼집니다.

혐기성 유기체 또는 혐기성 유기체는 성장을 위해 산소가 필요하지 않은 유기체입니다. 그것은 부정적으로 반응할 수 있으며 산소가 존재하는 경우 죽을 수도 있습니다. 실용적인 목적을 위해 세 가지 범주가 있습니다. 절대 혐기성 미생물은 성장을 위해 산소를 사용할 수 없고 산소에 의해 해를 받기도 합니다. 성장을 위해 산소를 사용할 수 없지만 산소의 존재를 용인하는 Aerotolerant 유기체. 마지막으로, 산소 없이도 자랄 수 있지만 산소가 있으면 산소를 이용할 수 있는 통성 혐기성 미생물입니다.

정상적인 미생물 배양은 호기성 환경인 대기 중에서 일어나기 때문에 혐기성 미생물의 배양이 문제가 된다. 따라서 미생물학자들은 혐기성 유기체를 배양할 때 여러 기술을 사용합니다. 예를 들어 질소로 채워진 글로브박스에서 박테리아를 취급하거나 기타 특수 밀봉된 용기를 사용합니다.

글러브 박스: 테라 유니버셜 100 글로브박스

GasPak 시스템은 물과 수소화붕소나트륨 및 탄산수소나트륨 정제와 반응하여 수소 가스 및 이산화탄소를 생성함으로써 혐기성 환경을 달성하는 격리된 용기입니다. 그런 다음 수소는 팔라듐 촉매에서 산소 가스와 반응하여 더 많은 물을 생성하여 산소 가스를 제거합니다.


요약

여러 연구에 따르면 호기성 미생물은 정교한 방어 시스템 덕분에 산소가 있는 곳에서도 생존할 수 있습니다. 이러한 방어가 없으면 유기체의 주요 효소 시스템이 기능하지 못하고 유기체가 죽습니다.
산소가 없는 상태에서만 사는 절대 혐기성 생물은 호기성 생활을 가능하게 하는 방어막이 없으므로 공기 중에서는 생존할 수 없습니다.

산소에 대한 내성은 호기성 호흡의 부산물로 생성되는 과산화수소와 과산화수소를 해독하는 박테리아의 능력과 관련이 있습니다.

호기성 조건에서 포도당의 동화는 자유 라디칼 과산화물(O2 – ). 슈퍼옥사이드는 효소에 의해 환원된다. 슈퍼옥사이드 디스뮤타제 산소 가스와 과산화수소(H2영형2). 이후 이 반응에서 생성된 유독한 과산화수소는 효소에 의해 물과 산소로 전환된다. 카탈라아제, 호기성 및 통성 박테리아에서 발견되거나 여러 호기성 혐기성 미생물에서 발견되는 다양한 과산화효소에 의해 발견됩니다.

절대 호기성 미생물과 대부분의 통성 혐기성 미생물은 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제와 카탈라아제를 모두 가지고 있습니다. 일부 통성 및 호기성 혐기성 미생물은 슈퍼옥사이드 디스뮤타아제가 있지만 카탈라아제가 없습니다. 대부분의 절대 혐기성 미생물에는 두 효소가 모두 부족합니다.


비디오 보기: Oxygens surprisingly complex journey through your body - Enda Butler (칠월 2022).


코멘트:

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