혐기성 세균이 단백질 부패를 통해 atp를 얻는 방법이 궁금해요

Question

안녕하세요

발효를 공부하다보니 부패에 관심이 가더라구요.

둘 다 산소를 이용하지 않고 중간산물을 만들어내면서 atp를 획득한다라는 공통점이 있습니다.

그래서 찾아보다보니 발효는 젖산발효, 알코올발효, 아세트산 발효와 같이 정확히 atp를 획득하는 화학식이 나와있는데

부패는 정확히 어떤식으로 atp를 얻는 과정이 나와있지않더라구요.

예를들어 단백질을 혐기성세균이 부패시킨다면

단백질을 아미노산으로 분해시키고

아미노산에서 nh3 를 제거시킨후

탄소뼈대의 구조물에서 atp를 어떻게 얻나요?

해당과정과 유사하게 인산을 이용해 이를 탄소뼈대에 붙인 후 때어내면서 atp를 획득하는 과정으로 이해하면 되나요?

Answer 1

혐기성 세균이 단백질 부패를 통해 ATP를 얻는 주된 방법은 기질 수준 인산화입니다. 단백질이 아미노산으로 분해된 후, 아미노산의 탄소 골격이 탈아미노화 과정을 거쳐 유기산이나 기타 중간 대사산물로 전환되는데, 이 과정에서 고에너지 인산 결합을 가진 중간체가 생성되며, 이 인산기가 아데노신 이인산(ADP)으로 직접 전달되면서 ATP가 합성됩니다. 따라서 발효의 ATP 획득 과정과 유사하게 인산이 붙었다가 떨어져 나가면서 ATP를 얻는 방식으로 이해하는 것이 대체로 맞으며, 이는 특정 고에너지 화합물의 인산기가 ADP로 직접 이동하는 방식입니다. 일부 혐기성 세균은 아미노산 분해 산물을 최종 전자 수용체로 사용하여 소량의 추가적인 ATP를 얻는 무산소 호흡(anaerobic respiration)을 수행하기도 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김채원 전문가입니다.

혐기성 부패세균은 단백질을 아미노산으로 분해하고

1) 탈아민화, 2) 탈탄산화로 생긴 탄소골격을

기질수준의 인산화 경로에 투입해서 ATP를 만듭니다.

즉, 아미노산 유래 유기산이

포스포엔올피루브산 -> 피루브산

아세틸인산 -> 아세트산

과같은 반응에서 인산기를

ADP로 전달해서 ATP를 형성하고

전자수용체로는 황산이나 질산등을 이용합니다.

Answer 3

안녕하세요. 이상현 전문가입니다.

맞습니다, 혐기성 부패세균은 단백질을 아미노산으로 분해한 뒤 탈 아민화와 탈탄산화로생긴탄소골격을 기질수준인산화 경로에 투입해서 ATP를 만듭니다.

즉, 아미노산 유래 유기산이 포스포엔올피루브산에서 피루브산으로, 아세틸인산에서 아세트산으로 같은 반응에서 인산기를 ADP로 전달해 ATP를 형ㅅ허앟고, 전자수용체로는 황산, 질산 CO2 등을 이용합니다.

감사합니다.

Answer 4

부패와 발효는 모두 산소 없이 유기물로부터 에너지를 얻는 혐기성 대사라는 점에서 공통점이 있습니다.

하지만 발효가 유용한 중간산물(젖산, 알코올 등)을 만드는 데 반해, 부패는 주로 단백질을 분해하여 악취가 나고 유해한 물질을 생성하는 과정입니다.

단백질이 부패할 때 ATP를 얻는 과정은 사실상 다른 발효와 마찬가지로 기질 수준 인산화(Substrate-Level Phosphorylation)를 통해 이루어지게 됩니다.

즉, 혐기성 세균이 단백질을 아미노산으로 분해하고, 아미노산은 탈아미노화 과정을 거쳐 암모니아와 탄소 뼈대로 나뉘고, 이 탄소 뼈대는 대사 과정에서 아세틸 인산 같은 고에너지 인산화 중간 생성물을 만듭니다.

이 중간 생성물의 인산기가 ADP로 직접 전달되어 ATP를 생성하는 것입니다.

따라서 인산을 이용해 이를 탄소 뼈대에 붙인 후 떼어내면서 ATP를 획득한다고 이해하신 것은 발효 및 부패에서 ATP를 얻는 핵심 원리를 정확히 이해하신거라 할 수 있죠.

Answer 5

안녕하세요.

네, 질문하신 아미노산도 결국 탄소뼈대가 분해되어 발효 경로를 통해 ATP를 얻습니다. 다만, 아미노산 발효에는 ‘스틱랜드 반응’ 이라 불리는 특유의 대사 방식이 자주 등장합니다.

부패 과정에서 일어나는 기본 전개는 단백질 → 아미노산 → 탈아미노화→ 탄소뼈대 + NH₃ 생성 순인데요 여기서 생성된 NH₃는 우리가 부패 시 악취로 인식하는 성분 중 하나가 됩니다. 이때 아미노기(-NH₂) 는 피루브산, α-케토글루타르산 등의 중간 대사체로 옮겨져 글루타민산 → NH₃ 형태로 떨어져나가고, 탄소뼈대는 해당작용 또는 그와 유사한 발효 경로로 들어갑니다.

즉, 탄소뼈대는 결국 당 발효와 비슷한 방식으로 처리되며, 이 과정에서 기질수준 인산화로 ATP가 만들어집니다.

또한 혐기성 세균에서 자주 사용되는 방식은 스틱랜드 반응인데요 단일 아미노산만 발효하기에는 전자수지균형이 맞지 않기 때문에, 혐기성 세균은 한 종류의 아미노산을 ‘전자공여체’, 다른 하나를 ‘전자수용체’ 로 사용합니다. 예시로

프롤린(전자공여체) + 알라닌(전자수용체) → ATP + 유기산 + NH₃의 반응에서 공여체 아미노산은 산화되어 NADH 생성하고 수용체 아미노산은 환원되어 전자 균형 유지하며 그 과정에서 탄소뼈대가 몇 단계 변형되며 기질수준 인산화로 ATP를 생성합니다. 즉, 아미노산끼리 짝을 이루어 발효하는 것이 특징입니다. 감사합니다.