무기 호흡(발효, 부패)

◎ 무기 호흡

몇몇 미생물들은 산소가 있을 때는 유기 호흡을, 산소가 없을 때는 무기 호흡을 합니다. 이러한 무기 호흡은 기질이 완전히 산화되지 않기 때문에 유기 호흡에 비해서 발생하는 에너지양이 적습니다. 무기 호흡에는 사람에게 유용한 물질을 만드는 발효와 해로운 물질을 만드는 부패가 있습니다.

 

▶ 발효

발효는 생성되는 산물에 따라 알코올 발효, 젖산 발효, 아세트산 발효 등이 있습니다. 발효는 해당 과정을 거친 포도당이 피루브산과 2 ATP, 그리고 2 NADH2로 산화되었으나 산소가 부족하여 TCA 회로와 전자 전달계를 거치지 못하기 때문에 일어납니다. 발효가 일어나면 피루브산이 NADH2의 수소에 의해서 환원됩니다. 그리고 수소를 내준 NAD+는 다시 해당 과정에 활용되므로 발효는 지속적으로 일어날 수 있습니다. 하지만 무기 호흡을 통해서 얻는 에너지는 유기 호흡에서 얻는 에너지보다 훨씬 적습니다. 사실 무기 호흡은 기질을 완전히 산화시키지 않고 해당 과정을 통해서만 에너지를 얻기 때문입니다.

알코올 발효는 산소가 없는 상태에서 효모가 포도당을 이산화탄소와 에탄올로 분해하는 과정입니다. 그리고 우유에 젖산균을 넣고 공기가 통하지 못하게 두면 우유가 시큼시큼해지는데, 이것이 바로 젖산 발효입니다. 젖산균이 무산소 상태에서 포도당을 분해하여 젖산을 만드는 과정인 것입니다. 젖산 발효는 동물의 조직 세포에서도 일어납니다. 예를 들어서 골격근의 활동이 활발히 일어날 때 산소 공급이 부족하면 무산소 상태에서 젖산이 형성됩니다. 그러면 근육에 피로가 오기 시작하는데, 다시 산소를 충분히 공급해 주면 피로가 사라집니다.

한편, 술이 시어지는 현상인 아세트산 발효는 아세트산균이 산소를 이용하여 에탄올을 아세트산으로 변화시키는 과정입니다. 이 아세트산 발효는 산소를 사용하여 에너지를 얻으므로 다른 발효들과 구분하여 산화 발효라고 합니다. 그럼, 아세트산 발효는 산소를 사용하는데 왜 발효라고 할까요? 산소를 사용한다고 하더라도 기질이 산소에 의해서 완전히 산화되지 않기 때문입니다. 산소는 단지 에탄올을 아세트산으로만 산화시킬 뿐이지 이산화탄소와 물로 분해하지는 않는 것입니다.

▶ 부패

미생물 중에는 단백질 등의 질소를 함유하는 유기물을 분해하여 에너지를 얻는 종류가 많습니다. 이때, 흔히 악취를 내거나 유해한 물질이 생성되기도 합니다. 이와 같이 유기물의 분해 산물이 인간에게 무익하거나 유독한 경우 이 분해 과정을 부패라고 합니다. 그리고 물질을 부패시키는 미생물을 부패균이라고 합니다. 부패도 발효과 마찬가지로 이를 이용하는 생물에게는 모두 에너지를 얻기 위한 물질대사라는 점에서 차이는 없습니다. 하지만 ‘유용하다’, ‘해롭다’는 것은 인간을 기준으로 구분하는 말입니다. 부패가 인간에게는 해가 되지만, 이들 부패균들이 생물의 사체나 배설물을 분해하는 것은 생태계 내에서의 물질 순환에 없어서는 안 될 아주 중요한 역할입니다.

 

※ 음식이 부패되면 냄새가 나는 이유

부패된 음식은 색깔과 모양도 이상하게 변하지만 정말 심한 냄새가 납니다. 이런 냄새는 부패균이 질소를 함유한 단백질이나 지방을 분해하여 황화수소, 인돌과 같은 악취가 나는 기체를 발생시키기 때문입니다. 그러나 이것은 우리에게 이 음식이 부패가 진행되었다는 것을 알려주는 지표라고 할 수 있습니다. 식중독균 같은 경우는 음식 속에서 자랄 때 효소를 분비하지 않아서 맛과 냄새, 색깔, 조직이 변하지 않으므로 그 존재 여부를 모르고 먹었다가 식중독에 걸리고 맙니다.

부패의 또 다른 예로 방귀를 들 수 있습니다. 방귀는 우리 몸이 들이마신 공기와 장 내 세균에 의해 생성된 기체가 섞여 분출되는 것입니다. 그 기체 중에는 매우 미량의 냄새가 나는 성분이 섞여 있습니다. 이는 장내에 존재하는 부패균이 단백질을 부패시켜서 나는 것입니다. 단백질을 많이 먹을수록 방귀의 냄새가 심해집니다. 하지만 섬유질을 자주 먹는 사람은 유기산들이 장내 pH를 낮춰서 부패균의 활동을 억제하여 냄새나는 가스가 거의 생성되지 않습니다. 가끔 바우기가 나오려는 것을 꾹 참으면 어느새 없어지는 경우가 있는데 이 때, 방귀는 사라지는 것이 아니라, 장내 가스 농도가 높아지면서 혈액으로 흘러가 호흡을 통해 입 밖으로 배출되는 것입니다.

부패는 세균이 번식하기 쉬운 20~40℃와 습한 조건에서 잘 일어나므로 이를 피해 주면 부패가 덜 일어나게 됩니다. 식품의 부패를 방지하기 위해서 냉동과 냉장, 가열, 탈수, 훈연, 염장, 설탕 조림 등의 방법 외에 급속 냉동 법도 많이 이용됩니다. 또한 감마선 조사나 허가된 합성 보존 약품 첨가 방법 등도 이용됩니다.