본문내용
1. 알코올 발효
1.1. 발효의 정의와 특징
발효는 미생물이나 효소가 유기물을 분해하여 에너지를 획득하는 생물학적 과정이다. 발효는 산소 없이 진행되는 무산소성 호흡의 한 형태로, 발효 과정에서 최종적으로 알코올이나 유기산 등이 생성된다. 발효에는 다양한 종류가 있는데, 대표적인 것으로는 알코올 발효, 젖산 발효, 아세트산 발효 등이 있다.
알코올 발효는 효모와 같은 미생물이 포도당을 사용하여 에너지를 얻는 과정에서 일어나는 것으로, 최종 산물로 에탄올과 이산화탄소가 생성된다. 이 과정은 빵 제조나 술 양조 등에 이용되어 왔다. 젖산 발효는 젖산균이 당을 분해하여 젖산을 생성하는 과정이며, 요구르트나 치즈 제조에 활용된다. 아세트산 발효는 초산균이 에탄올을 산화시켜 초산을 생성하는 것으로, 식초 제조에 이용된다.
발효는 유기물의 분해 과정이지만, 그 결과 생성되는 물질이 인간의 생활에 유용하게 쓰이는 경우 발효라고 부르며, 그렇지 않은 경우 부패라고 한다. 발효는 무산소성 호흡의 일종이지만, 호기성 호흡에 비해 에너지 수율이 낮다는 단점이 있다. 그러나 세균이나 효모와 같은 미생물이 발효를 통해 생성한 알코올, 유기산, 가스 등은 인간에게 다양한 용도로 이용되고 있다.
1.2. 알코올 발효와 젖산 발효
알코올 발효와 젖산 발효는 미생물이 유기물을 분해하여 에너지를 확보하는 대표적인 무기호흡 과정이다.
효모는 서식환경에서 산소가 부족할 때 무기호흡인 알코올 발효를 한다. 이 과정에서 효모는 해당작용의 결과 생성된 피루브산을 알코올과 이산화탄소로 분해한다. 이 경로에서는 해당작용의 과정 중 형성된 4분자의 ATP 중 인산화를 위한 2분자의 ATP를 제외하면 2분자의 ATP만을 생산하게 된다. 효모에 의하여 생산되는 알코올과 이산화탄소는 빵을 굽거나 술을 빚는 데 유용하게 사용된다. 이산화탄소는 빵을 부풀어 올라오게도 하고, 맥주를 생산하는데 탄산기체를 형성하여 발포성 음료가 되게 하기도 한다.
한편 젖산 발효는 산소가 충분히 존재하는 환경에서도 호기성 호흡을 하지 못하는 일부 균에 의해 일어난다. 이러한 균은 해당작용의 결과 형성된 피루브산을 포도당으로부터 유리된 수소와 결합하여 젖산으로 전환한다. 이 과정에서도 알코올 발효와 마찬가지로 2분자의 ATP가 생산된다. 젖산 발효를 이용하여 생산하는 요구르트, 치즈 등의 낙농제품은 혐기성인 젖산균을 이용하여 축적된 젖산이 우유단백질을 고형화한 것이다.
이와 같이 알코올 발효와 젖산 발효는 모두 무기호흡 과정을 통해 에너지를 생산하지만, 그 결과물과 이용 분야에서 차이를 보인다. 알코올 발효는 술과 빵 제조에, 젖산 발효는 낙농제품 생산에 활용되는 것이 대표적인 예라 할 수 있다.
1.3. 인체의 무기호흡
대부분의 경우 인체는 에너지 생산효율이 높은 호기성호흡을 하지만 특수한 경우에는 무기호흡을 하기도 한다. 적혈구 세포는 신체의 각 부위에 산소를 공급하기 위하여 특수한 구조를 하고 있어 미토콘드리아가 존재하지 않는다. 따라서, 적혈구는 스스로의 에너지를 공급하기 위하여 젖산발효를 한다.
근육세포는 산소의 농도가 충분할 때에는 호기성 호흡을 하여 ATP를 공급하지만 운동을 지속하여 과다한 양의 에너지가 필요한 경우 산소의 공급이 필요한 속도를 따라가지 못하기 때문에 무기호흡인 젖산 발효를 동반한다. 대부분의 젖산은 혈류에 의하여 간으로 이동되어 구연산회로를 거쳐 다시 ATP를 생산하거나 포도당으로 합성되지만 소수는 근육에 누적된다. 근육에 젖산이 상당 부분 누적되면 근육통을 유발한다.
따라서 인체는 대부분 호기성 호흡을 통해 에너지를 효율적으로 얻지만, 적혈구와 근육세포에서는 산소 공급이 원활하지 않을 때 젖산 발효를 통해 에너지를 생산한다. 이러한 무기호흡은 극한 상황에서 순간적인 에너지 확보에 도움을 줄 수 있지만, 장시간 지속...
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