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Published 2020. 6. 3. 17:29

미생물학 9장 (4) - 무기영양생물의 연료공급, 광합성

🧬 Bio/미생물학
  1. 탈아미노기 반응 ★
  2. 무기영양생물의 연료공급
    1. 연료를 공급하려면 환원력(NADPH)와 ATP가 필요하다. ★
  3. 무기분자로부터의 전자전달계의 작동
    1. 무기분자 산화의 3가지 유형
    2. 수소효소작용 : 수소 가져다가 양성자와 전자로 나눠 : H2 -> 2H+ , 2e-
    3. 질화작용 : 질소의 산화 : NH4+ → NO2- → NO3-
    4. 황산화작용 : S → SO4-
      1. APS는 ATP 합성에 이용된다 : APS + Pi = ADP ★
  4. 역전자흐름 ★
    1. 양성자가 주변 세포질에서 세포질로 이동하는 작용
    2. 전자전달 정방향의 역방향으로 작동된다.
    3. 이는 NADH 를 생성하기 위함이다.
  5. 광합성
    1. 그라나를 싸고 있는 막 구조 : 틸라코이드
    2. 나머지 액체로 채워진 부분 : 스트로마
    3. 빛에 직접 contact 하는 부분 : 틸라코이드 막
    4. 4개의 H+ 소비 = 3개 H+ (ATP합성효소 120도 회전) + 1개의 H+ (ADP + Pi 결합)
  6. 광인산화 과정
    1. 빛이 P700 때림
    2. P700의 전자가 붕 뜬다.
    3. 전자가 붕 떴으므로 빈자리를 채워줘야 한다.
    4. P680의 전자가 붕 뜬다.
    5. 전자가 붕 떴으므로 빈자리를 채워줘야 한다.
    6. 물이 분해되면서 H가 가지고 있던 전자가 빈자리를 채워준다.
    7. 물의 분해는 OEC(산소방출복합체)가 해준다
      1. Oxgen Evolving Complex
      2. 물이 분해되면 산소는 방출되지만 수소는 방출되지 않는다.
      3. 수소를 H+와 전자로 나누는 역할을 한다.
    8. H+ 는 틸리코이드 안에 쌓이게 된다.
    9. PMF는 틸라코이드 내강에 생긴다.
    10. H+는 ATP 합성효소를 통해 빠져나가면서 ATP가 만들어진다.
    11. P700의 붕 뜬 전자는 NADP+가 받아서 NADPH가  만들어진다. 
  7. P700 
    1. 순환적 광인산화 : NADPH 생성 X, ATP 생성 O
    2. 비순환적 광인산화 : NADPH 생성 O, ATP 생성 O
  8. P680
    1. 순환적 광인산화 할 수 없다.
  9. 페러독신 : 비순환, 순환 경로를 결정하는 인자.
  10. 비순환적 광인산화
    1. 물 2분자 분해 → 산소 1분자 생성 → 전자 4개 방출 → H+ 4개가 틸라코이드 안에 생성
    2. 전자 4개 운반 → 스트로마 H+ 4개 공급 → 전자 운반시 이용되고 틸라코이드 안에 H+ 4개 생성
    3. 총 8개의 H+가 PMF 발휘 → 2 ATP 생성
    4. 결과 : 2 NADPH + 2 ATP
  11. 녹색세균의 산소 비발생 광합성
    1. 클로로솜 : 세균엽록소를 가지고 순환적 인산화를 한다.
    2. 광계 1만 존재한다.
  12. 로돕신 광영양 ★
    1. 고염분일 때 로돕신의 구조가 변하면서 양성자를 방출하며 주변세포질에 PMF가 생기면서 ATP를 생산한다.

 

지방 아실-CoA에서 가운데가 알파 왼쪽 것이 베타라서 베타산화

한번 돌 때마다 2개의 탄소가 방출되면서 아세틸-CoA 1분자가 된다. 

 

탈아미노기 반응 ★★★★★★★

아미노기가 떨어져 나간다.

알파탄소에 붙어있는 아미노기를 α-아미노기 라고 한다.

α-아미노기가 떨어져 나가면 CO로 변하면서 알라닌은 피루브산이 된다.

떨어져 나온 α-아미노기는 α-케토글루타르산에 붙어서 α-케토글루타르산은 글루탐산이 된다.

 

아미노산은 탄소가 있고 아미노산이 붙어있고 카복실기, 수소, R그룹이 붙어있다. 이게 아미노산이다.

 

에너지를 얻으려면 환원력(NADPH) , ATP 이 필요하다. ★★★★★★★

생합성 과정에서 환원력으로써 제공되는 물질은 NADPH 이다. ★★★★★★★

 

 무기영양 생물의 연료공급 

 

 

 

무기분자에서 빼내서 전자전달계를 작동시킨다.

 

3가지

 

1. 수소효소작용 : 수소 가져다가 양성자와 전자로 나눠 : H2 -> 2H+ , 2e-

2. 질화작용 : 질소의 산화 : NH4+ → NO2- → NO3-

3. 황산화작용 : S → SO4-

 

역전자흐름 ★★★★★★★

전자전달 정방향의 역방향으로 작동된다.

이는 NADH를 생성하기 위함이다.

 

★★★★★★★

전자를 역순으로 돌리기 위해서는 에너지가 필요하고, 그 에너지를 발생시키는게 밖에 있던 양성자가 안으로 들어오는 힘이다.

 

APS는 ATP 합성에 사용된다. ★★★★★★★

APS는 Pi를 가져다가 ADP를 형성할 수 있다. 그렇기 때문에 ATP 합성에 이용될 수 있다.

 

 


3번 : 아질산염(NO2-)이 질산염(NO3-)으로 바뀌면서 전자가 전자전달계로 들어가고 있는 모습이다.
         전자를 받은 Cytc가 전달이 되면서 H20가 만들어진다.

 

세포질에서 주변세포질로 빠져 나갈 때 PMF가 생긴다. 

그 PMF는 다시 전자를 세포질로 들어오게끔 쓰인다.

결과적으로 역전자흐름에 의해서 NADH가 생긴다.

 

 

 

 

 

진핵생물의 미토콘드리아가 남세균과 닮았다고 할 수 있는 이유 :

광합성색소가 비슷하고,

광계의 수가 2개로 같다. (광계가 1개이면 ATP만 만들어진다. 2개면 ATP + NADPH)

전자 공여체가 H20라서 산소도 발생하고,

에너지 1차 생성물도 같다.

 

 

 

 

 

 

 엽록체 

 틸라코이드 

★★★★★★★

그라나를 싸고 있는 막 구조 = 틸라코이드

나머지 액체로 채워진 부분 = 스트로마

빛에 직접 contact하는 곳 = 틸라코이드 막

 

틸라코이드 막에 빛을 흡수할 수 있는 특수한 전자전달계가 있다.

 

수소이온이 3개 소비된다 >> ATP 합성효소를 120도 돌리기 위해서

수소이온이 1개 소비된다 >> ADP 와 Pi를 결합시키기 위해서

Total 4개가 소비된다.

따라서 ATP는 스트로마에서 만들어지게 된다.

 

광계1의 P700에 햇빛을 때리면 전자가 들뜨게 된다. 전자가 나갔다. 전자가 비워지게 된다.
빈 전자 자리를 채우기 위해 전자가 흘러 들어가야 한다. 공급되어야 한다.
그러기 위해서 pathway가 생겨야만 한다. 
그러면 다시 P680이 붕 뜨게 된다.
그러면 전자의 빈자리를 최초로 물이 채워줘야 한다.
물이 분해되면서 산소가 발생되고 양성자가 가지고 있던 전자가 빈자리를 채워준다.
그 전자가 P700의 전자 빈자리를 채우러 가게 된다.

양성자는 틸라코이드 내강에 쌓이게 된다.
PMF는 틸라코이드 내강에 생긴다. (미토콘드리아에서는 막간 공간에 PMF가 생긴다.)
양성자는 ATP 합성효소를 통해 나가면서 ATP가 만들어진다.

최종적으로 전자는 NADP+ 가 받는다. 그래서 NADPH가 된다.
환원력과 에너지가 생기게 된다.

 

OEC (Oxygen Evolving Complex) : 산소방출복합체

물이 분해되면 산소는 방출되지만 수소는 방출되지 않는다.

수소가 양성자와 전자로 나뉘어지게 된다. 나누는 역할을 산소방출복합체가 하게 된다.

OEC가 없으면 산소가 방출이 되지 않는다.

 

 

y축 = 표준환원전위

x축 = 전자가 전달되는 pathway

 

OEC가 물이 분해하면서 전자를 꺼낸다.

OEC의 Z가 P680에 전자를 넣어준다. (P680에 있는 전자는 들떴기 때문에 빈자리를 채우기 위해서)

망간은 2+ 3+를 왔다갔다 하면서 전자를 꺼내는데 도움을 준다.

 

 

P700이 뜨면 환원전위가 가장 낮아진다. 가장 음성이 된다. 전자가 확 나가 버린다.

P700은 자기 혼자 순환할 수 있다. 순환경로가 있다. 순환적인산화를 할 수 있다. ★★★★★★★

비순환경로를 통해 NADPH가 만들어진다.

순환경로를 돌면 NADPH가 만들어지지 않는다. ATP만 만든다.

비순환경로, 순환경로를 결정하는 인자는  페러독신 이다. ★★★★★★★

P680은 순환경로를 밟을 수 없다.

따라서 순환적광인산화는 광계 1만 참여한다.

 

물 1분자가 분해되면서 전자 2개를 내뱉었다.

전자 2개가 비순환경로를 통해 흘러가면 1 NADPH + 1 ATP 가 생성된다. ★★★★★★★

전자 2개가 순환경로를 통해 흘러가면 ATP 만 생성된다.

 

산소 1 분자 생성된다? → 물 2분자 분해된다 → 전자 4개 방출된다 → 최종적으로 NADPH 2분자가 생성된다.

광계2에서 4개의 전자를 전달하고 4개의 양성자는 내강으로 나온다.

4개의 전자는 또 전달되어야 하므로 4개의 양성자가 스트로마로부터 온다. → 총 8개의 양성자가 PMF를 발휘한다.

PMF의 값은 8개이다. 8개의 양성자가 PMF를 발휘하고 있다. 그리고 양성자 4개당 1개의 ATP를 만듦으로 총 2 ATP가 생성된다.

 

산소 1 분자 → 전자 4 개 → 2 NADPH + 2 ATP
전자 2 개 → 1 NADPH + 1 ATP   

 

 

원핵생물은 산소비발생 광합성을 한다.

클로로솜 : 소낭인데 세균엽록소(Bacteriochrorophyll)를 가지고 있다. 세균이 광합성을 할 때 도와준다.

세포막에 있는 전자전달계이다.

순환적인산화를 한다.

 

특징 

PMF가 크지 않다.

1개의 광계 -> 순환적인산화

Q가 PMF를 만든다.

역전자흐름 

 

 

녹색세균, 황색세균 

광계가 1개만 작동한다 = 광계 1 만 존재한다. 광계 2는 존재하지 않는다.

광계1 만 존재하므로 순환적광인산화만 작동된다. 

세균엽록소, 산소 비발생

 

진핵미생물, 남세균

광계 1, 광계 2 둘다 작동한다.

엽록소, 산소 발생

 

양성자가 방출 될 때 로돕신의 구조가 변하면서 양성자를 방출하면서 주변세포질에 PMF가 생긴다. 
로돕신 ★★★★★★★

 

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