맨위로가기

호기성 생물

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

호기성 생물은 생존에 산소를 필요로 하는 생물체로, 산소를 사용하여 에너지를 생산하는 호기성 호흡을 수행한다. 이들은 절대 호기성, 통성 혐기성, 미호기성, 내산소성 혐기성 생물로 분류되며, 절대 호기성 생물은 산소가 필수적인 반면, 통성 혐기성 생물은 산소 유무에 따라 에너지 생산 방식을 전환한다. 호기성 호흡은 포도당을 산화시켜 ATP를 생성하는 과정으로, 해당과정, 크렙스 회로, 산화적 인산화의 세 단계를 거치며, 혐기성 호흡보다 더 많은 에너지를 생산하여 생존에 유리하다. 거의 모든 동물, 대부분의 균류, 그리고 몇몇 세균이 호기성 생물에 해당한다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 세포 호흡 - 유비퀴논
    유비퀴논(CoQ10)은 미토콘드리아 전자 전달계의 주요 구성 요소인 지용성 유기 화합물로, 세포 호흡과 에너지 생산에 필수적이며 항산화 작용을 통해 세포를 보호하고 면역 반응에도 관여한다.
  • 세포 호흡 - 광합성
    광합성은 생물이 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하고 산소를 방출하는 과정으로, 엽록체 내 틸라코이드 막에서 일어나는 명반응과 스트로마에서 일어나는 암반응으로 구성되며, 환경에 따라 탄소 농축 메커니즘을 통해 효율을 높이기도 하고, 지구 대기의 산소를 생성하는 주요 원천이다.
  • 미생물학 - GFAJ-1
    GFAJ-1은 고농도 비소 환경에서 생장하며 비소를 이용하여 생장할 수 있다는 논란이 있었던 박테리아이다.
  • 미생물학 - 발효
    발효는 미생물이 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 과정으로, 다양한 유기물을 이용하여 에탄올, 젖산 등 다양한 대사산물을 생성하며, 식품 보존, 발효식품 제조, 바이오에탄올 생산 등 산업 전반에 활용되는 산소의 유무와 관계없는 이화 작용이다.
호기성 생물

2. 종류

호기성 미생물에는 다음과 같은 종류가 있다.


  • 절대호기성 미생물: 성장에 산소가 반드시 필요한 미생물이다.
  • 약호기성 미생물: 대사 작용에 산소가 필요하나, 더 적은 양의 산소를 필요로 하는 미생물이다.
  • 통성 혐기성 생물: 산소가 있으면 사용하지만, 혐기성 생물의 에너지 생산 방식도 가지고 있다.[7]
  • 미호기성 생물: 에너지 생산을 위해 산소를 필요로 하지만, 대기 중 산소 농도(21% O2)에 의해 해를 받는다.[6]
  • 내산소성 혐기성 생물: 산소를 사용하지 않지만, 산소에 의해 해를 받지 않는다.[6]


파스퇴르 효과를 이용하면 통성 혐기성 생물과 내산소성 유기체를 구별할 수 있다. 유기체가 혐기성 환경에서 발효를 사용하고 있다면, 산소 첨가는 통성 혐기성 생물이 발효를 중단하고 세포 호흡을 위해 산소를 사용하게 한다. 반면 내산소성 유기체는 산소가 있어도 발효를 계속한다.

2. 1. 절대 호기성 생물

절대 호기성 생물은 생장하기 위해 산소가 필요한 생물이다. 이들은 세포 호흡 과정에서 산소를 사용하여 당과 지방 같은 기질을 산화시켜 에너지를 생성한다.[6] 거의 모든 동물, 대부분의 균류, 그리고 몇몇 세균이 절대 호기성 생물에 속한다. 호기성 생물은 에너지 생성에 유리하지만, 높은 수준의 산화스트레스에 직면한다.

절대 호기성 세균에는 ''노카르디아''(노카르디아속, 그람 양성균), ''Pseudomonas aeruginosa''(녹농균, 그람 음성균), ''Mycobacterium tuberculosis''(결핵균, 항산균), ''Bacillus subtilis''(고초균, 그람 양성균) 등이 있다.

고세균 중에는 ''Aeropyrum pernix'', ''Nitrosopumilus maritimus'', ''Picrophilus torridus'', ''Halobacterium salinarum''(고도 호염균) 등이 절대 호기성 생물이다. 고세균은 흔히 혐기성 생물로 생각되지만, 실제로는 기재된 종의 절반이 산소를 이용할 수 있다.

2. 2. 통성 혐기성 생물

통성 혐기성 생물은 산소가 있으면 사용하지만, 혐기성 생물의 에너지 생산 방식도 가지고 있다.[7] 유기체가 산소와 혐기성 환경 모두에서 생존할 수 있을 때, 파스퇴르 효과를 사용하여 통성 혐기성 생물과 내산소성 유기체를 구별할 수 있다. 만약 유기체가 혐기성 환경에서 발효를 사용하고 있다면, 산소의 추가는 통성 혐기성 생물이 발효를 중단하고 호흡을 위해 산소를 사용하게 할 것이다. 통성 유기체는 산소가 풍부한 배지와 산소가 없는 배지 모두에서 성장한다. 효모는 통성 혐기성 생물의 예이다. 개별적인 인간의 세포 또한 통성 혐기성이다. 즉, 산소를 이용할 수 없는 경우에는 젖산발효를 통해 에너지를 얻도록 전환된다.

2. 3. 미호기성 생물

미호기성 생물은 에너지 생산을 위해 산소를 필요로 하지만, 대기 중 산소 농도(21% O2)에 의해 해를 받는다.[6]

2. 4. 내산소성 혐기성 생물

내산소성 혐기성 생물은 산소를 사용하지 않지만, 산소에 의해 해를 받지 않는다.[6] 파스퇴르 효과를 이용하면 통성 혐기성 생물과 내산소성 유기체를 구별할 수 있다. 유기체가 혐기성 환경에서 발효를 사용하고 있다면, 산소 첨가는 통성 혐기성 생물이 발효를 중단하고 호흡을 위해 산소를 사용하게 한다. 반면 내산소성 유기체는 산소가 있어도 발효를 계속한다.

3. 호기성 호흡

호기성 생물은 호기성 호흡을 통해 에너지를 얻는다. 이 과정은 포도당을 산화시켜 ATP를 생성하는 방식으로, 해당과정, 크레브스 회로(시트르산 회로), 산화적 인산화의 세 단계로 이루어진다.[8]

포도당 1분자가 완전히 산화되면 약 2,880 kJ의 에너지가 방출되며, 이 에너지를 사용하여 38분자의 ADP로부터 38분자의 ATP를 생성한다. 이는 혐기성 반응보다 19배나 많은 에너지이다. 진핵생물은 이 과정에서 막 투과에 필요한 에너지를 제외하고 순수하게 36분자의 ATP를 얻는다.[3]

호기성 호흡에는 산소가 필수적이며, 원핵생물의 전자 전달계에서 최종 전자 수용체로 작용하여 물로 환원된다.[9]

이러한 호기성 호흡은 혐기성 생물에 비해 ATP 생산량이 월등히 많아 생존에 유리하다. 하지만 모든 호기성 생물이 이 모든 반응계를 다 이용하는 것은 아니다.

3. 1. 해당 과정

호기성 생물은 호기성 호흡이라는 과정을 사용하여 ADP와 인산염으로부터 ATP를 생성한다. 포도당(단당류)은 전자 전달계를 구동하기 위해 산화된다.[8]

이 방정식은 해당과정, 크레브스 회로(또는 시트르산 회로) 및 산화적 인산화의 세 가지 일련의 생화학 반응에서 일어나는 일의 요약이다.

:C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 인산염 → 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP

산화적 인산화 과정에서 ATP는 ATP 합성효소를 사용하여 ADP와 인산염으로부터 합성된다. ATP 합성효소는 전자 전달계에서 생성된 에너지를 사용하여 생성된 양성자 구동력에 의해 구동된다. 수소 이온(H+)은 양전하를 가지며 세포막에 의해 분리되면 막 내부와 외부 사이에 전하 차이를 생성한다. 산화적 인산화는 진핵생물의 미토콘드리아에서 발생한다.[3]

호기성 호흡은 O2가 필요하며, 이는 원핵생물의 전자 전달계에서 최종 전자 수용체로 작용하기 때문이다. 이 과정에서 분자 산소는 물로 환원된다.[9]

호기성 호흡에서의 글루코스(단당)의 산화는 좋은 예이다.

: {C6H12O6} + {6O2} + {38ADP} + 38{\it{phosphate}} ->

:: {6CO2} + {6H2O} + 38ATP

: 포도당 1분자 + 산소 6분자 + 아데노신 이인산 38분자 + 인산 38분자 →

:: 이산화 탄소 6분자 + 물 6분자 + 아데노신 삼인산 38분자 (아데노신 이인산과 무기 인산의 축합에 따라 생성되는 38분자의 물을 무시)

이 화학식에서 방출되는 에너지는 포도당 1몰당 약 2,880 kJ이며, 이 에너지는 포도당 1분자당 38분자의 아데노신 이인산에서 38분자의 아데노신 삼인산을 재생함으로써 보존된다. 이것은 당 1분자당 혐기적 반응에 의해 생성되는 에너지의 19배나 많은 에너지이다. 진핵생물(세균을 제외한 모든 것)은 이 호기성 호흡에 의해 막 투과를 위한 능동 수송에 필요한 분의 에너지를 제외하고 아데노신 이인산에서 아데노신 삼인산을 순 36분자 얻을 수 있다.

이 반응에서 포도당의 산화에는 산소가 사용되고 물이 생성됨을 알 수 있다.

이 반응식은 세 가지 연속적인 생화학 반응으로 일어나는 반응을 요약한 것으로, 그 세 가지는 해당 과정, 크렙스 회로 (시트르산 회로) 및 산화적 인산화이다.

이하에 언급하는 호기성 생물이 반드시 이 반응계를 모두 이용하는 것은 아니지만, 혐기성 생물보다 ATP 생산량이 많아 생존에 유리하다는 것을 알 수 있다.

3. 2. 크렙스 회로 (시트르산 회로)

호기성 생물은 호기성 호흡이라는 과정을 사용하여 ADP와 인산염으로부터 ATP를 생성한다. 포도당은 전자 전달계를 구동하기 위해 산화된다.[8]

해당과정, 크레브스 회로(시트르산 회로) 및 산화적 인산화는 호기성 호흡의 세 가지 주요 생화학 반응이다. 이 반응들의 요약은 다음과 같다.

:C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 인산염 → 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP

3. 3. 산화적 인산화

호기성 생물은 호기성 호흡이라는 과정을 사용하여 ADP와 인산염으로부터 ATP를 생성한다. 포도당(단당류)은 전자 전달계를 구동하기 위해 산화된다.[8]

이 방정식은 해당과정, 크레브스 회로(또는 시트르산 회로) 및 산화적 인산화의 세 가지 일련의 생화학 반응에서 일어나는 일의 요약이다.

:포도당 1분자 + 산소 6분자 + ADP 38분자 + 인산 38분자 → 이산화 탄소 6분자 + 물 6분자 + ATP 38분자 (아데노신 이인산과 무기 인산의 축합에 따라 생성되는 38분자의 물을 무시)

산화적 인산화 과정에서 ATP는 ATP 합성효소를 사용하여 ADP와 인산염으로부터 합성된다. ATP 합성효소는 전자 전달계에서 생성된 에너지를 사용하여 생성된 양성자 구동력에 의해 구동된다. 수소 이온(H+)은 양전하를 가지며 세포막에 의해 분리되면 막 내부와 외부 사이에 전하 차이를 생성한다. 산화적 인산화는 진핵생물의 미토콘드리아에서 발생한다.[3]

호기성 호흡은 O2가 필요하며, 이는 원핵생물의 전자 전달계에서 최종 전자 수용체로 작용하기 때문이다. 이 과정에서 분자 산소는 물로 환원된다.[9]

호기성 호흡에서의 글루코스(단당)의 산화는 좋은 예이다.

:{C6H12O6} + {6O2} + {38ADP} + 38{\it{phosphate}} ->

::{6CO2} + {6H2O} + 38ATP

이 화학식에서 방출되는 에너지는 포도당 1몰당 약 2,880 kJ이며, 이 에너지는 포도당 1분자당 38분자의 아데노신 이인산에서 38분자의 아데노신 삼인산을 재생함으로써 보존된다. 이것은 당 1분자당 혐기적 반응에 의해 생성되는 에너지의 19배나 많은 에너지이다. 진핵생물(세균을 제외한 모든 것)은 이 호기성 호흡에 의해 막 투과를 위한 능동 수송에 필요한 분의 에너지를 제외하고 아데노신 이인산에서 아데노신 삼인산을 순 36분자 얻을 수 있다.

이 반응에서 포도당의 산화에는 산소가 사용되고 물이 생성됨을 알 수 있다.

이 반응식은 세 가지 연속적인 생화학 반응으로 일어나는 반응을 요약한 것으로, 그 세 가지는 해당 과정, 크렙스 회로(시트르산 회로) 및 산화적 인산화이다. 이하에 언급하는 호기성 생물이 반드시 이 반응계를 모두 이용하는 것은 아니지만, 혐기성 생물보다 ATP 생산량이 많아 생존에 유리하다는 것을 알 수 있다.

3. 4. 전체 반응식

호기성 생물은 호기성 호흡이라는 과정을 사용하여 ADP와 인산염으로부터 ATP를 생성한다. 포도당(단당류)은 전자 전달계를 구동하기 위해 산화된다.[8]

:C6H12O6 + 6 O2 + 38 ADP + 38 인산염 → 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP

이 방정식은 해당과정, 크레브스 회로(또는 시트르산 회로) 및 산화적 인산화의 세 가지 일련의 생화학 반응에서 일어나는 일의 요약이다.

호기성 호흡에서의 글루코스 (단당)의 산화는 좋은 예이다.[9]

: 포도당 1분자 + 산소 6분자 + ADP 38분자 + 인산 38분자 → 이산화 탄소 6분자 + 물 6분자 + ATP 38분자 (ADP와 무기 인산의 축합에 따라 생성되는 38분자의 물을 무시)

이 화학식에서 방출되는 에너지는 포도당 1몰당 약 2,880 kJ이며, 이 에너지는 포도당 1분자당 38분자의 ADP에서 38분자의 ATP를 재생함으로써 보존된다. 이것은 당 1분자당 혐기적 반응에 의해 생성되는 에너지의 19배나 많은 에너지이다. 진핵생물(세균을 제외한 모든 것)은 이 호기성 호흡에 의해 막 투과를 위한 능동 수송에 필요한 분의 에너지를 제외하고 ADP에서 ATP를 순 36분자 얻을 수 있다.

이 반응에서 포도당의 산화에는 산소가 사용되고 물이 생성됨을 알 수 있다.

이 반응식은 해당 과정, 크렙스 회로 (시트르산 회로) 및 산화적 인산화 세 가지 연속적인 생화학 반응으로 일어나는 반응을 요약한 것이다. 이하에 언급하는 호기성 생물이 반드시 이 반응계를 모두 이용하는 것은 아니지만, 혐기성 생물보다 ATP 생산량이 많아 생존에 유리하다는 것을 알 수 있다.

4. 호기성 생물의 예

거의 모든 동물, 대부분의 균류, 그리고 몇몇 세균은 절대 호기성 생물이다. 에너지적인 관점에서 호기성인 것은 유리하지만, 절대 호기성 생물은 절대적으로 높은 수준의 산화스트레스에 직면해 있다는 것을 의미한다.[1]

세균에는 ''노카르디아''(노카르디아속, 그람 양성균), ''Pseudomonas aeruginosa''(녹농균, 그람 음성균), ''Mycobacterium tuberculosis''(결핵균, 항산균), ''Bacillus subtilis''(고초균, 그람 양성균) 등이 있다.[1]

고세균에는 ''Aeropyrum pernix'', ''Nitrosopumilus maritimus'', ''Picrophilus torridus'', ''Halobacterium salinarum''(고도 호염균) 등이 있다. 고세균은 혐기성으로 생각하기 쉽지만, 실제로는 기재된 종의 절반이 산소를 이용할 수 있다.[1]

5. 산화 스트레스

거의 모든 동물, 대부분의 균류, 그리고 몇몇 세균은 절대 호기성 생물이다. 대부분의 혐기성 생물은 세균이다. 에너지적인 관점에서 호기성인 것은 유리하지만, 절대 호기성 생물은 절대적으로 높은 수준의 산화 스트레스에 직면해 있다.

6. 파스퇴르 효과

유기체가 산소와 혐기성 환경 모두에서 생존할 수 있을 때, 파스퇴르 효과를 통해 통성 혐기성 생물과 내산소성 유기체를 구별할 수 있다. 만약 유기체가 혐기성 환경에서 발효를 사용하고 있다면, 산소가 추가될 때 통성 혐기성 생물은 발효를 중단하고 호흡을 위해 산소를 사용한다. 반면 내산소성 유기체는 산소가 존재해도 발효를 계속한다. 통성 유기체는 산소가 풍부한 배지와 산소가 없는 배지 모두에서 성장한다.[6]

효모는 통성 혐기성 생물의 예이다. 인간 세포 또한 통성 혐기성으로, 산소를 이용할 수 없는 경우에는 젖산발효를 통해 에너지를 얻는다. 그러나 인간은 이러한 상황을 오래 지속할 수 없으므로 절대 호기성 생물이라고 할 수 있다.[7]

참조

[1] DorlandsDict aerobe one/000002016
[2] 서적 Metals, Microbes, and Minerals - The Biogeochemical Side of Life https://www.worldcat[...] de Gruyter GmbH & Co. KG
[3] 간행물 The aerobic mitochondrial ATP synthesis from a comprehensive point of view 2020-10
[4] 뉴스 These Microbes May Have Survived 100 Million Years Beneath the Seafloor - Rescued from their cold, cramped and nutrient-poor homes, the bacteria awoke in the lab and grew. https://www.nytimes.[...] 2020-07-28
[5] 간행물 Aerobic microbial life persists in oxic marine sediment as old as 101.5 million years 2020-07
[6] 서적 Todar's Online Textbook of Bacteriology http://textbookofbac[...] 2016-07-24
[7] 서적 Medical Microbiology https://www.ncbi.nlm[...] University of Texas Medical Branch at Galveston 1996
[8] 서적 Principles of Biochemistry and Biophysics Laxmi Publications 2008
[9] 간행물 Oxygen as Acceptor https://journals.asm[...] 2015-10-23


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com