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미생물의 독성 금속과 비금속에 대한 조절 및 방어기능

전문가 제언: ○ 어떤 원소들은 생명유지에 필수적이고, 그것과 인접한 원소들은 독성이 매우 크다. 독특한 생태학적 틈바구니에서 살아남기 위해 많은 원핵생물들(prokaryotes)은 해로운 원소들로부터 자신을 보호하거나 더 나아가 에너지를 활용할 수 있게 진화되었다.

○ 생명체에는 일련의 무기물 원소들(예를 들면, C, N, H, O, S, P가 아닌)이 필요하다. 그 결과로서 생명체는 일부 화학적으로 연관이 있는 무기물 원소들에 의해 손상 받을 수 있다. 두 부류의 무기물 원소들 즉, 전이금속들과 비금속들은 생명체에 꼭 필요하면서도 독성을 나타낼 수도 있다. 생명체가 필요로 하는 유용한 원소라 할지라도 과다하면 해를 주기 때문에 균형이 정교하게 유지되어야 한다.

○ 정교한 항상성(homeostasis) 시스템은 세포가 필수적인 금속성 원소들을 필요로 할 때에는 즉시 공급해 주면서도 독성을 나타내지 못하도록 격리 또는 제거할 수 있도록 진화되었다. 이런 다중단백질 방어 시스템(multiprotein defense systems)은 독성 금속 원소가 고갈되면 조금씩 방출한다.

○ 염색체에 암호화되어 있는 항상성 시스템은 세 가지 세부 시스템들 즉, 필수 금속의 농도가 낮을 때 빨아들이는 유입펌프(influx pump) 시스템과 금속원소가 과다할 때 초과량을 제거시키는 배출펌프(efflux pump) 시스템과 세포막이나 세포액에 존재하면서 세포막에 존재하는 펌프로부터 ‘금속 원소를 받아’ 표적단백질(예를 들면 metalloenzymes)로 전달해 주는 작은 샤프롱단백질(metallochaperone proteins)로 구분된다.

○ 비소가 풍부한 환경에서 자라는 혐기성 세균의 세포막에 있는 ArrAB라는 효소가 비산염을 환원시켜 대사 에너지로 사용한다. 또 비소가 많은 소다수 호수(soda lake)에 사는 미생물에서는 As(III)을 As(IV)로 혐기 광산화작용(photooxidation)을 하는 것이 밝혀졌다. 이런 사실은 대기 중에 산소가 없던 태곳적에는 세균들이 비소를 에너지원으로 사용했다는 것을 말해준다.

저자: Anne O Summers
자료유형: 학술정보