세포 영양소 - 미량영양소, 생장인자

미량영양소

 

미량원소들은 미생물의 필수적인 영양소이다. 필수 미량원소가 부족하면 지연기(lag phase, 회분 배양에서 접종부터 활발한 세포증식이 일어날 때까지의 시간)가 길어지고 비성장속도와 수율이 감소한다. 세 가지의 주요 미량영양소에 대해서논의하기로 한다.

1. 가장 일반적으로 요구되는 미량원소들은 Fe, Zn, Mn이다. 철(Fe)은 페레독신(ferredoxin)과 사이토크롬(cytochrome)에 존재하는 중요한 보조인자이다. 철은 또한 몇몇 발효 공정에서 조절 기능을 수행한다(예, Ashbya gosypii가 리보플라빈 을 분비하려면 철이 부족해야 한다. 또한 철의 농도가 Penicillium chrysogenum의 페니실린 생산을 조절한다). 아연(Zn)은 일부 효소의 보조인자이며 페니실 린 발효와 같은 일부 발효에서 조절 기능을 한다. 망간(Mn) 역시 효소 보조인자 이며 2차 대사 작용의 조절과 1차 대사산물의 분비에 필요하다.

2. 특정한 생장 조건에서 필요한 미량원소는 Cu, Co, Mo, Ca, Na, Cl, Ni, Se 등이다. 구리(Cu)는 특정 호흡연쇄 과정에 참여하는 물질과 효소에 존재한다. 구리의 부족은 페니실린과 구연산의 생산을 촉진한다. 코발트(Co)는 비타민 B, 와 같은 코리노이드(corrinoid) 화합물에 존재한다. 프로필산생성 박테리아와 특정 메탄생성 미생물은 코발트를 요구한다. 몰리브데늄(MO)은 질산환원효소와 질소 분해효소(nitrogenase)의 보조인자이며 질소원으로 NO₃와 N₂만을 이용하여 생장할 때 필요하다. 칼슘(Ca)은 아밀레이스와 일부 단백질분해효소의 보조인자이며 일부 박테리아의 포자나 식물세포의 세포벽에 존재한다.

나트륨(Na)은 몇몇 박테리아에서 미량이 요구된다. (특히 메탄생성 미생물의 이온평형에 필요하다) 나트륨은 진핵세포에서 전하를 된 물질의 이동에 중요한 역할을 한다. 염소(Cl⁻)는 일부 호염성 박테리아와 바다 미생물이 필요로 하며, 이들은 Na⁺도 필요로 한다. 니켈(Ni)은 일부 메탄생성 미생물에 보조인자가 되며 셀레늄(Se)은 일부 생물의 개미산 대사에 요구된다.

3. 드물게 요구되는 미량원소는 B, Al, Si, Cr, V, Sn, Be, F, Ti, Ga, Ge, Br, Zr, W, Li. I 등이다. 이들은 10⁻⁶ M 이하로 공급해야 하며 10⁻⁴ M 정도의 높은 농도에 서는 독성을 나타낸다.

Mg²⁺, Fe³⁺, PO₄³⁻ 같은 일부 이운들은 배지에서 침전되어 세포가 이용하지 못할 경우가 있다. 킬레이팅제(chelating agent)는 이들 이온과 결합하여 수용성 화합을 을 형성한다. 컬레이팅제는 리간드(Iigand)라 불리는 특정기를 갖고 있으며 이들은 급속 이온과 결합하여 수용성 화합물을 형성한다. 대표적인 리란드는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH₂), 머캡토기(-SH) 등이다. 구연산, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), 폴리인산염, 히스티딘, 타이로신, 시스턴이 컬레이팅제로 사용되며 Na₂EDTA는 가장 일반적인 킬레이팅제이다. EDTA는 Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺ 같은 세포벽을 구성하는 일부 금속이온을 제거하여 세포벽을 붕괴시킬 수 있다. 구연산은 일 부 박테리아에서 대사된다. 킬레이팅제는 배지에 매우 낮은 농도(예, 1 mM)로 포함되어 있다.

 

생장인자(growth factor)는 성장과 일부 대사산물의 합성을 촉진한다. 대표적인 생 장인자는 비타민, 호르몬, 아미노산이다. 비타민은 대개 보조효소로서 작용한다. 일 반적으로 필요한 비타민은 티아민(B₁). 리보플라빈(B₂), 피리독신(B₆), 바이오틴, 시 아노코발아민(B₁₂), 폴리산, 리포익산, p-아미노벤조산, 비타민 K이다. 비타민은 10⁻⁶ ~ 10⁻¹² M 정도가 필요하다. 생물체에 따라 다르지만, 아미노산의 일부 또는 전부를 10⁻⁶ ~10⁻¹³ M 정도로 외부에서 공급해 주어야 한다. 올레익산, 스테롤과 같은 일부 지방산을 소량 필요로 하는 생물체도 있다. 동물 • 식물세포와 같은 고등생명체는 대사 작용을 조절하기 위해 호르몬이 필요하다. 인슐린은 동물세포에 필요한 대 표적 호르몬이며 옥신(auxin), 사이토키닌(cytokinin)은 식물 생장 호르몬이다.