[감염병학] 세균의 대사

세균이 에너지를 얻는 방법, 발효의 특징과 종류, 세균의 대사산물을 세균감염진단을 위한 동정에 적용하는 법, 펩티도글리칸 합성과정을 알아보자.

산소호흡, 무산소호흡, 발효의 과정을 정리한 것(pyru : pyruvate)

ATP 생성기전

- 기질수준 인산화

- 산화적 인산화 : 세균은 세포막에서 일어나고, 꼭 산소가 필요하진 않다.

 

포도당 이화작용 (glucose 분해)

EMP : 위쪽에서 ATP 2분자 소모, 아래쪽에서 NADH 2분자 생성 후 ATP 4분자 생성. 결론적으로 2분자의 pyruvate, ATP, NADH를 생성한다. 가장 흔하게 사용

Entner-Doudoroff pathway : 그람음성균이 가짐. 원핵세균만 이용한다. 1분자의 ATP, NADH, NADPH 생성한다.

PPP : 합성(anabolism)에 필요한 환원력 제공. 1ATP, 2 NADPH 생성한다.

 

산소호흡

세균은 세포막에서 일어난다.

TCA cycle : ATP를 생산하고 아미노산, 지방 등 완전한 산화를 위한 최종경로/합성에 필요한 중간산물 제공한다. pyruvate 이화, anabolism 기여 모두 한다. 즉 이화와 동화 모두 가진 amphibolic cycle이다. 3NADH, 1FADH2, 1GTP, 이산화탄소 등등 생성된다.

전자전달계 : NADH, FADH2가 전자를 이동시켜 ATP를 각각 3개, 2개 만든다.

  * 결론적으로 산소호흡 세균은 포도당 한 분자를 가지고 glycolysis, preparatory step, krebs cycle을 거쳐 38ATP를 생성한다.

 

발효

- organic molecule을 최종 전자 acceptor로 삼는다.

- 대사산물은 organic acid, alcohols, keton, gases(수소와 이산화탄소) 등이다. 이를 동정에 사용하거나 음식 섭취 가능하다.

- 산소, TCA cycle, 전자전달계 필요없고 해당과정으로 끝난다. ~> ATP 생성 낮고 기질수준 인산화를 사용한다.

- lactic acid(homo/hetero-PPP) 또는 ethanol 생성(효모)

- Escherichia, 살모넬라, 이질균, proteus는 mixed acid 생성함

- 탄수화물 발효 시험에서 latose나 sucrose를 기질로 사용하는 대장균(Oxidase-, MR+)은 배지가 노란색으로 변하고, 기체가 만들어지기도 함.

 

배양

배지에는 증균/선택/감별/특수배지가 있다.

- MacConkey : 그람음성균을 배양하는 선택배지이자, Lactose 빨간색 감별배지

  암기 : 맥음선락감 (맥도날드에서 음악을 선택해 락을 감상한다) ~> 맥콩키, 음성 선택, 락토즈 감별

  * 대장균 등 그람음성 lactose 발효균은 빨간색으로 염색된다.

- Mannitol Salt : 7.5% NaCl로 포도알균만 자라는 선택배지이자, mannitol 발효되면 노란색으로 변하는 감별배지

  암기 : 킹스맨(맨니톨)은 오직 황색 VIP(황색포도상구균)를 노랗게 유지하기 위해 일한다

 

무산소호흡

- 최종 전자수용체가 nitrate, sulfate, carbonate(NO3 -, SO4 2-, CO3 -) 등의 무기물이다.

- ATP 생성 효율은 산소호흡>무산소호흡>발효

- 무산소호흡 역시 전자전달계로 ATP를 생성한다. 최종 전자수용체가 무기물일 뿐이다.- 작

 

생합성 (bio/synthesis)

- 작은 biochemical building block을 모아서 단백질, 핵 등 거대분자를 polymerization

- focal metabolite: Glucose 6-phosphate, Phosphoenolpyruvate, Oxaloacetate, alpha-ketoglutarate

  암기 : 생생한 GP O alpha - 최전방 GP에 오른 생생한(생합성) 알파남의 모습을 떠올린다.

 

세균 세포벽 중 펩티도글리칸(PG)

- 그람양성균에 두껍게 발달한 구조이며, 이로 인해 세균은 저삼투압 환경을 잘 견딘다.(고삼투압인 김장김치에서는 세균이 저해된다.)

- 구조 : backbone / sidechain / backbone끼리의 연결이 있다. NAG-NAM backbone과, NAM에 붙는 sidechain과, 그 sidechain의 3-4번 아미노산끼리 연결을 가진다.

  암기 : 낙지(NAG)와 남자(NAM) 중에서 아무래도 남자가 sidechain 연결을 담당한다. 

- 합성 과정 : 세포 내에서 만들어진 backbone과 아미노산이 바깥으로 수송 - autolysin이 기존 세포벽 분해 - 수송한 물질 끼워넣고 glycolase가 연결 - 사슬 사이를 연결하는 trans/peptidation

- PG 억제 : cyclo/serine은 세포질 내 작용, vancomycin은 세포질 외 작용, penicylin은 transpetidase 억제

 

합성 과정 상세

1. NAM에 peptide 결합 : cycloserine이 억제

2. UDP-NAM이 bacto/prenol 결합

3. UDP-NAG가 bactoprenol 결합

4. NAM-NAG 결합

5. 복합체가 세포 외부로 이동

6. bactoprenol 탈인산화 : bacitracin이 억제

7. transpeptidation : penicylin이 억제

  * bactoprenol은 운반체다.

  암기 : 남자가 먼저 peptide 결합(1)하고 UDP-NAM으로 업그레이드(2)되어 운반체에 탑승한다. 낙지는 뒤늦게 업그레이드(3)하여 탑승한다. 둘은 합체(4)하고 이제 세포 밖으로(5) 나간다. 운반체는 탈인산화(6)되어 다시 세포 안으로 재활용된다. 바깥에서는 autolysin이 자르고 glycolase가 붙이고, 사슬 사이를 연결하는 transpeptidation(7)이 발생한다.

맨 처음에 남자가 자전거 사고를 당하면 억제되니까 cycloserine이다. bactoprenol 재활용 억제하는 것은 역시 bac로 시작하는 bacitracin이다. 마지막은 유명한 페니실린이 PBP에 붙어서 억제한다.