환원성탈염소화

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환원성탈염소화

[ Reduction dechlorination ]

혐기성 세균에 의해 염소성 유기화합물이 전자수용체로 사용되는 호흡으로 염소 이온(Cl-)을 방출하거나 탄소-할로겐 결합을 깨는 과정으로 분해하는 등 환원성탈염소화는 주로 TCE (trichloroethene), PCE(tetrachloroethene) 분해하는 생물정화에 활용된다. 대부분의 인공합성 화합물들은 염소화화합물이며 탈염소화(dechlorination)를 통해 진행되고 농약은 이 과정에서 염소 이온(Cl-)를 방출하며 대부분 무산소 조건에서 이루어 진다1)2). 환경으로부터 할로겐화 탄화수소의 자연 발생 및 인위적 방출은 예기치 않은 미생물의 능력으로 환원성탈염소화의 가능성을 이끌어 낼 수 있으며 생물학적 복원을 기대할 수 있다3).

Dehalococcoides 세균에 의해 수행되는 환원성 탈염소화 메커니즘 (그림: 서창완/서울대)

목차

  1. 1.환원성 탈염소화 메커니즘
  2. 2.세균의 특징
  3. 3.다양성
  4. 4.관련용어
  5. 5.집필
  6. 6.감수
  7. 7.참고문헌

환원성 탈염소화 메커니즘

염소화 인공합성물질은 빠른 메커니즘으로 분해될 수 있는 환원적 탈염소화(Reductive dechlorination)와 호기적 탈염소화 (Aerobic dechlorination)로 진행된다. 이는 염소, 브롬, 불소 등의 활로겐 치환기가 제거되는 것을 뜻하며 두 가지 방법이 있다. 첫째는 수소첨가분해(hydrogenolysis)를 통해 활로겐 치환기를 수소 원자롤 대처하거나 두 번째로는 할로겐 제거(dihaloelimination)를 통해 탄소끼리의 추가적 결합을 생성하면서 인접한 탄소에서 2개의 할로겐 치환기를 제거한다4)5) .

세균의 특징

세균 도메인 > Bacteria (박테리아 계) > Phylum Chloroflexi (녹만균류 문) > Family Dehalococcoidetes (데할로콕코이데스 강) > Genus Dehalococcoides (데할로코코이드 속).

환원적 탈염소화 능력을 지닌 주요 세균 특성 (출처: 장진수, 생물유전자원연구소)
특징들 계통학
(Systematics) 		특징
(Characteristics) 		트리클로로에렌의 환원산물
(Tetrachloroethylene) 		전자공여체
(Electron donor) 		전자수용체
(Electron accepter)
디할로코코이드
(Dehalococcoides) 		녹색비황세균
(Chloroflexi) 		페티도글리칸 없음
(Peptidoglycan) 		에텐
(Ethene) 		젖산염,
H2		 트리클로로에렌
(Trichloroethylene),
4염화에틸렌
(Tetrachloroethylene)
디할로박터
(Dehalobacter) 		피르미쿠트
(Fimicutes) 		시토크롬 삐
(Cytochrome b) 		디클로로에틸렌
(Dichloroethylene) 		H2 트리클로로에렌
(Trichloroethylene),
4염화에틸렌
(Tetrachloroethylene)

수소를 이용하여 할로겐 유기물질을 환원성탈염소화 메커니즘을 통해 분해하는 대표적인 혐기성 세균은 디할로코코이드(Dehalococcoides ) 구균이며, Dehalococcoides 목에는 두 개의 속이 알려져 있으며 대표 종은 Dehalococcodes이다2)3)5).

다양성

  • Dehalobacter의 전자공여체는 H2이면 전자수용체는 트리클로로에틸렌(Trichloroethylene), etrachlorethylene이며 환원 산물은 dechloroethylene이며 시토크롬 b를 함유하며 계통학은 Fumucutes이다.
  • Dehalococcoides의 전자공여체는 H2, 젖산염이며 전자수용체는 trichloroethylene, tetrachloroethylene이고 환원 산물은 ethane이며 펩티도글리칸은 없으며 녹색비황세균(Chloroflexi) 계통학에 속한다.
  • 보통 무산소 상태에서 일어나는 환원성 탈활로겐화는 리그닌 분해로 토양과 물에 축적되는 중합체인 부식산(humic acid)은 생분해 과정에서 역할을 한다.
  • Dehalococcoides restrictus의 생화학적 에너지 이론 가정이 정확한지는 계속 모델을 수정하고 가정을 확인 해야 된다6). 

관련용어

 혐기성, 전자수용체

집필

장진수/생물유전자원연구소

감수

김근필/중앙대학교

참고문헌

1. Bunge M, Adrian L, Kraus A, et al. 2003. Reductive dehalogenation of chlorinated dioxins by an anaerobic bacterium. Nature 421, 357-360.
2. Susarla S, Masunaga S, Yonezawa Y. 1997. Redox potential as s parameter to predict the reductive dechlorination pathway of Chloroanilines in anaerobic environments. Microb. Ecol. 33, 252-256.
3. Smidt H, de Vos WM. 2004. Anaerobic microbial dehalogenation. Annu. Rev. Microbiol. 58, 43-73.
4. 한국미생물학회. 2017. 미생물학. 범문에듀케이션, pp. 573-630.
5. LÖffler FE, Yan, J, Ritalahti KM, et al. 2013. Dehalococcoides mccartyi gen. nov., sp. nov., obligately organohalide-respiring anaerobic bacteria relevant to halogen cycling and bioremediation, belong to a novel bacterial class, Dehalococcoidia classis nov., order Dehalococcoidales ord. nov. and family Dehalococcoidaceae fam. nov., within the phylum. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 63, 625-635.
6. Holliger C, Schumacher W. 1994. Reductive dehalogenation as respiratory process. Antonie van Leuwenhoek 66, 239-246.

동의어

Reduction dechlorination, reduction dechlorination, 환원성탈염소화