파스퇴르 효과

파스퇴르 효과(Pasteur effect)는 사용 가능한 산소가 에탄올 발효를 억제하여 효모가 세포 호흡으로 전환하여 에너지 운반체인 아데노신 삼인산(ATP)의 생성을 증가시키는 현상을 설명한다. 더 일반적으로 의학 문헌에서 파스퇴르 효과는 산소의 존재가 세포의 해당과정 속도를 감소시키고 락트산 축적을 억제하는 방식을 나타낸다. 이 효과는 동물 조직뿐만 아니라 균계에 속하는 미생물에서도 발생한다.

발견
1857년, 미생물학자 루이 파스퇴르는 폭기된 효모 배양액이 에탄올 생산 감소에 기반하여 세포 성장을 증가시키고 발효율은 감소시킨다는 것을 보여주었다.

설명
조건혐기성 미생물인 효모균은 에탄올 발효 또는 호기성 호흡을 통해 에너지를 생산할 수 있다. O2 농도가 낮을 때, 해당과정을 통해 형성된 두 개의 피루브산 분자는 각각 에탄올과 이산화 탄소로 발효된다. 포도당 1분자당 2 ATP만 생성되지만, 이 방법은 혐기성 조건에서 전자 운반체 NADH를 NAD+로 산화시켜 또 다른 해당과정과 에탄올 발효를 위한 라운드를 제공하기 때문에 활용된다.

산소 농도가 증가하면 피루브산은 대신 아세틸 CoA로 전환되어 시트르산 회로에서 사용되고 산화적 인산화를 겪는다. 포도당 1분자당 세포 호흡에서 10 NADH와 2 FADH2가 생성되어 ATP 생성효소가 활용하는 양성자 기울기를 생성하기 위한 상당한 양의 양성자 펌핑이 일어난다. 전체 전기화학적 기울기 등의 고려 사항에 따라 정확한 ATP 생산량은 달라지지만, 호기성 호흡은 에탄올 발효의 혐기성 과정보다 훨씬 더 많은 ATP를 생산한다. 호기성 호흡으로 인한 ATP와 시트르산 증가는 동일한 양의 ATP를 생산하는 데 필요한 피루브산이 적기 때문에 해당과정 효소인 포스포프럭토키네이스-1을 다른 자리 입체적으로 억제한다.

이러한 에너지 유인에도 불구하고, 로사리오 라구나스는 효모가 여러 이유로 사용 가능한 포도당을 부분적으로 에탄올로 발효하는 것을 계속한다는 것을 보여주었다. 첫째, 에탄올 발효는 더 적은 효소를 포함하고 모든 반응을 세포질로 제한하기 때문에 포도당 대사가 더 빠르다. 둘째, 에탄올은 세포막 손상과 단백질 변성을 유발하여 살균 활성을 가지며, 이를 통해 효모균이 환경 박테리아와 자원 경쟁에서 우위를 점할 수 있게 한다. 셋째, 부분 발효는 환경 경쟁자가 효모의 조절 시스템이 호기성 호흡에서 에탄올 발효로 완전히 전환되기 전에 모든 산소를 고갈시키는 것에 대한 방어 메커니즘일 수 있다.

실질적 의미
알코올 생산에 사용되는 발효 과정은 일반적으로 이산화 탄소 담요 아래 낮은 산소 조건에서 유지되는 반면, 바이오매스용 효모를 성장시키는 것은 최대 에너지 생산을 위해 배양액을 폭기하는 것을 포함한다. 에탄올의 살균 효과, 발효의 산성화 효과, 산업용 알코올 생산의 저산소 조건에도 불구하고, 젖산 발효를 겪는 박테리아는 pH 막 기울기(조절된 수송을 지지하는)의 분리를 피하기 위해 pKa가 3.86으로 낮은 젖산 때문에 그러한 시설을 오염시킬 수 있다.

 같이 보기 
 에탄올 발효
 발효 (생화학)
 조건혐기성 미생물
 다른 자리 입체성 조절

 각주 

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분류:물질대사
분류:발효