12.1 환경미생물의종류 12.1.1 바이러스 (virus) 표 12.1 원핵세포와진핵세포의차이점
특성진핵세포원핵세포 세포핵 (nucleus) 핵막 (nuclear membrane) 유사분열 (mitosis) 염색체 (chromosomes) 세포질 (cytoplasm) 리보좀 (Ribosomes) 미토콘드리아 (mitochondria) 망상구조 (endoplasmic reticulum) 엽록체 (chloroplasts) 리소좀 (lysosomes) 골지체 (Golgi apparatus) 있음있음여러개 80-s 있음 조류에있음있음있음 없음없음 1 개 70-s 없음 없음없음없음 편모 (flagella) 2 9 개 1 개 세포벽 (cell wall) 셀룰로오스, 키틴무코펩티드 (mucopeptide) 세포크기 (cell size) 20μm 이하 5μm 이하 12.2.2 원생생물 (protists) 원핵생물 (procaryotes) (1) 박테리아 (bacteria) 표 12.2 여러미생물의전형적인온도범위
종류 범위 온도 ( ) 최적 친한성 (psychrophilic) -10 30 12 18 친온성 (mesophilic) 20 50 25 40 친열성 (thermophilic) 35 75 55 65 표 12.3 그람양성구균의특성 속 (genus) 세포형태 산소 catalase cytochrome Micrococcus 송이형, tetrads 절대호기성 Staphylococcus 송이형, 쌍구균 통성적혐기성 Streptococcus, Lactococcus 사슬형, 쌍구균 통성적혐기성 Leuconostoc 쌍구균, 사슬형통성적혐기성 표 12.4 그람음성호기성간균의특성 과속특성 Acetobacteraceae Azotobacteracease Acetobacter Gluconobacter Azoterbacter Azomonas 에탄올을초산으로발효, 메탄이용 일부 cyst 형성, 주모성또는극성편모 Legionellaceae Legionella 생장인자로시스테인과철분을요구 Methylococcaceae Pseudomonadacease Rhizobiaceae Methylococcus Methylomonas Pseudomonas Xanthomonas Zoogloea Rhizobium Agrobacterium 탄소및에너지원으로메탄이용 다양한탄소원을이용 콩과식물의뿌리혹형성에관여 (2) 방선균 (Actinomycetes) μ
(3) 남조류 (Blue-green algae) 진핵생물 (eucaryotes) (1) 조류 (algae) 표 12.5 조류의분류 분류색소기타특성대표적인속 녹조류 (green algae) 홍조류 (red algae) 갈조류 (brown algae) 클로로필 a, b 단세포, 다핵체, 혹은세포 Chlorella 조홍소대부분다세포 ; 해양성 Polysiphonia 조갈소다세포 ; 대부분해양성 Fucus 규조류 (diatoms) 클로로필 a, c 크산토필, 엽황소 단세포, 사상성, 혹은다핵체 ; 규산염, 세포벽 Asterionella 쌍편모조류 (dionflagellates) 클로로필 a, b 카로티노이드 대부분단세포쌍편모에의한운동 Noctiluca (2) 균류 (fungi)
(3) 원생동물 (protozoa) 육질충류 (Sarcodina) 편모충류 (Mastigophora) 섬모충류 (Cilliophora) 포자충강 (Sporozoa) 12.2 혼합배양 표 12.6 미생물집단사이의상호작용
상호관계 정의 집단 A 상호작용의효과 집단 B 중립 (neutralism) 상호작용이없음. 효과없음효과없음 편리공생 (commensalism) 한종의생장이다른종에의해촉진됨. 효과없음 긍정적효과 상조공생 (synergism) 서로상대방의생장을촉진함. 긍정적효과긍정적효과 상리공생 (mutualism) 특정한두종이반드시서로를필요로함. 긍정적효과 긍정적효과 경쟁 (competition) 일반적인생장제한요소 ( 기질 ) 를공통적으로요구함. 부정적효과 부정적효과 편해 (amensalism) 한종이생성하는저해물질에의해다른종의생장이억제됨. 효과없음또는긍정적효과 부정적효과 기생 (parasitism) 기생체가숙주의세포물질을이용해서생장함. 긍정적효과 부정적효과 포식 (predation) 포식자가피식자를잡아먹음. 긍정적효과부정적효과 12.2.1 공생 편리공생
Mycobacterium vaccae Propane Energy C2 H2 Cyclohexane Cyclohexanol Cyclohexanone Pseudomonas Pseudomonas Energy C2 H2 에너지를생산하는대사 공동대사 그림 12.1 공동대사에기초한편리공생의예 상조공생 S. faecalis E. coli Arginine rnithine Putrescine 그림 12.2 Streptococcus faecalis 와 E. coli 의상조공생
상리공생 12.2.2 경쟁및편해 12.2.3 기생및포식
12.2.4 혼합배양의산업적이용 12.3 환경미생물의응용
12.3.1 수질오염, 대기오염및고체폐기물의처리 12.3.2 미생물에의한생분해성플라스틱생성 폴리에스터 β
β (1) PHB의생합성경로 ATP+CoASH AMP + PPi 초산포도당 과당지방산부티르산 CoASH ATP ATM + PPi CH3CH2CH2C-SCoA FAD TCA cycle CH3C-SCoA FADH2 CH3CH=CHC-SCoA CoASH 1 NADH NAD H2 CH3CCH2C-SCoA NADPH 2 NADP (D)CH3CHCH2C-SCoA AMP PPi 8 3 ATP CoASH (L)CH3CHCH2C-SCoA CH3CCH2C CoASH 4 NADH NAD 7 P(3HB) 5 6 (D)CH3CHCH2C 동그라미내의번호는아래의효소를나타낸다. 1,3-ketothiolase ; 2, NADPH-linked acetoacetyl-coa reductase ; 3, NADH-linked acetoacetyl CoA reductase ;4, P(3HB) synthase ; 5, P(3HB) depolymerase ; 6, D(-)-3-hydroxybutyrate-dimer hydrolase ; 7, D(-)-3 hydroxybutyrate dehydrogenase ; 8, acetoacetyl-coa synthetase.
1 1,3-ketothiolase ; 2 NADPH-linked acetoacetyl-coa reductase ; 3 NADH-linked acetoacetyl CoA reductase ; 4 P(3HB) synthase ; 5 P(3HB) depolymerase ; 6 D(-)-3-hydroxybutyrate-dimer hydrolase ; 7 D(-)-3 hydroxybutyrate dehydrogenase ; 8 acetoacetyl-coa synthetase. 그림 12.3 PHB 의생합성및분해를나타내는순환대사경로 (2) PHB 계열의공중합체 (copolymer) (3) PHB계고분자의물성및용도 표 12.7 PHB 계열의공중합체
종류구조특징 3HB/3HV (PHBV) CH 3 CH 3 CH 2 -(--CH-CH 2-C-) x--(-ch-ch 2-C-) y- 용융점 130 160 결정화도낮고유연성있음가공이용이함 3HB 3HV 3HB/4HB CH 3 -(--CH-CH 2-C-) x--(-ch 2-CH 2-CH 2-C-) y- 3HB 4HB 4HB 가 40 % 이상이면고무와같은탄성체폴리에틸렌과유사한물성 (4) PHB계고분자의생분해성 μ 다당류 (polysaccharide) (1) 카드란 β (2) 플루란 (pullulan)
(3) 박테리아셀룰로오스 (bacterial cellulose) 폴리아미노산 (poly amino acid) (1) 폴리글루타민산 (polyglutamic acid) α
(2) 폴리리신 (polylysine) 12.3.3 미생물에의한연료생산 에탄올 / 부탄올
메탄가스
메탄가스출구 기질투입구 지표 메탄가스 방출구 액체 고형물질 그림 12.4 농촌의전형적인생물가스반응조 12.3.4 미생물을이용한원유회수및탈황원유회수 탈황
CH2 CH2 n CH2CCH3 H C- H CH2 C C- H CH3 그림 12.5 Xanthomonas campestris 에의해생산된 Xanthan gum 의구조
(a) carbon-destructive 경로 C S 1,2-Dihydroxydibenzothiophene S Trans-4-[2-(3-Hydroxy-benzothiophene)] -2-oxo-3-butenoic acid S CH 3-Hydroxy-2-formylbenzothiophene S Dibenzothiophene S Dibenzothiophene sulfone 2-Hydroxybiphenyl S S3 2-2- S4 (b) sulfur-specific 경로 Dibenzothiophene sulfoxide S 2'-Hydroxybiphenyl-2-sulfonate H 2,2'-Dihydroxybiphenyl 그림 12.6 미생물에의한 dibenzothiophene 의탈황대사경로 12.3.5 미생물에의한금속회수
투입구 산물의회수 (a) heap leaching (b) in-situ leaching 그림 12.7 미생물에의한금속회수모형도 우라늄제련 구리의회수