미생물의 숨

2-2-4 미생물도 숨을 쉬는가?

 

2-2-4-1 호흡과 발효 

그렇다면 미생물도 숨을 쉬는가? 효모를 당과 영양염류가 들어있는 용액에 넣고 며칠간 배양하면, 처음에는 맑았던 내용물이 점차 탁해지고 기포가 발생하게 된다 <그림>. 냄새가 없었던 용액은 알코올 냄새를 풍기게 된다. 용액은 점점 탁해지고, 알코올 및 가스 발생량이 증가한다. 이것은 효모가 대사활동을 시작했기 때문이다. 효모는 보다 많은 세포를 만들기 위해 포도당 (글루코스 glucose)와 영양분을 이용하는 것이다. 이렇게 함으로써 배지는 늘어난 균체에 의해 점점 탁해지고, 포도당은 효모에 의해 알코올과 이산화탄소로 전환되는데, 이렇게 생성된 알코올은 피곤한 몸을 풀어주는 또는 쓸쓸한 마음 달래주는 위로주라 하면서 유혹하는 바로 그 술이 아닌가. 이렇게 포도당에서 알코올이 만들어지고 이산화탄소가 발생하는 작용을 발효라 하는 것이다.

 

그런데 여기서 발생되는 이산화탄소는 미생물이 숨을 내쉴 때 생긴 것인가? 물론 미생물의 작용에 의해 발생되지만 동물이 들이 내쉬는 산소와 이산화탄소와는 성질이 다르다. 여기서 생기는 이산화탄소는 효모의 먹이로 가해진 포도당이 분해되어 생성된 것이다. 그러므로 이것은 포도당의 분해 산물인 것이다. 그렇다면 발효의 최종적인 결론은 무엇인가? 그것은 고 에너지가 생성되고, 알코올 및 유기산 등과 같은 물질이 만들어지는 것이다. 다시 말하여 발효작용이란 술을 빚고 식초를 만드는 것이다.

 

 

포도주 발효에 의한 기포 생성

 

 

 

2-2-4-2 미생물은 산소가 필요 없는가? 

그렇지 않다. 우리가 속칭 호기성이라 부르는 미생물은 산소가 필요하다. 이와 같이 산소의 필요성에 따라 미생물은 산소를 절대적으로 요구하는 절대(편성)호기성균 oblligate aerobes, 산소가 불필요하며 독성이 되는 절대(편성)혐기성균 obligate anaerobes, 산소가 요구되지만 어느 정도 높은 농도에서는 독성이 되는 미호기성균 microaerophiles, 산소의 존재유무와 상관없이 생육할 수 있는 통성 혐기성균 facultative anaerobes으로 구분된다.

 

그렇다면 왜 산소는 일부 미생물에 독성인가? 산소는 강력한 산화제다. 그래서 미생물이 에너지를 얻고자 물질을 분해하는 동안 미생물 세포 안에 생기는 전자는 산소에 붙잡히게 된다. 전자를 얻게 된 산소는 매우 불안정한 상태 즉 “활성산소”가 되는 것이다. 활성산소는 빨리 안정한 형태로 돌아가고자 유전물질을 포함한 주위의 모든 것을 산화하기 시작한다. 이때 산화된 유전물질은 돌연변이를 일으키는 치명적인 원인이 된다. 이와 같은 이유 때문에 미생물은 산소에 매우 민감하게 반응하는 것이다.

 

2-2-4-3 활성산소 분해 효소

산소를 좋아하는 호기성균도 산소이온이나 과산화수소와 같은 중간 독성물질을 방어하지는 못한다. 그렇다면 호기성 미생물은 이들 화합물을 어떻게 제거하는가? 대답은 간단하다. 호기성 미생물은 카탈라아제 catalase(과산화수소분해효소)와 같은 효소를 가지고 있기 때문에 생체를 보호할 수 있다는 것이다. 효소는 먹이를 섭취할 수 있도록 분해하기도 하지만, 이처럼 유독한 물질을 순화시키는 작용도 하는 생체 필수 구성체인 것이다. 이와는 반대로 절대혐기성균에는 활성산소를 처리하는 효소가 없어 산소 대신에 질산염, 황산염, 철, 망간, 수은 및 일산화탄소와 같은 무기이온을 이용한다.

 

미생물이 숨을 쉰다는 것은 동물처럼 산소를 마시고 이산화탄소를 내놓는 것이 아니라, 세포 안에서 물질이 분해될 때 방출되는 전자를 미생물이 어떻게 처리하는 가를 뜻하는 것이다. 다시 말하여 산소를 이용하여 전자를 처리할 수 있는 것을 호기성 미생물이라 하고, 산소를 이용할 수 없는 것은 혐기성 미생물이라 기억하면 되겠다. 이러한 미생물의 다양한 특성 때문에 지구 생태계 모든 지역에 미생물이 서식하며 역할을 수행하고 있는 것이다

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잠시 쉬면서