전자수용체

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전자수용체

[ electron acceptor ]

전자수용체는 화학반응에서 전자공여체(electron donor)로부터 전자를 받아 다른 물질의 산화제(oxidizing agent)로 사용되는 이온이나 분자를 말한다. 이에 반하여 전자공여체는 다른 물질에 전자를 공여하는 환원제(reducing agent)로 작용한다.1)

목차

  1. 1.물 분자가 형성될 때 전자의 이동
  2. 2.유기호흡과 전자수용체
  3. 3.무기호흡과 전자수용체
    1. 3.1.탈질화 반응(denitrification)
    2. 3.2.황산염 환원(sulfate reduction)
    3. 3.3.초산 생성(acetogenesis)
    4. 3.4.철 이온(Fe3+)
    5. 3.5.유기 전자수용체
  4. 4.참고문헌

물 분자가 형성될 때 전자의 이동

수소와 산소 기체 분자가 반응하여 물을 만들 때, 두 개의 수소 원자가 전자를 한 개의 산소 원자에 전달한다. 이 반응에서 산소는 환원되고 수소는 산화되므로 수소는 환원제, 즉 전자공여체가 되고, 산소는 산화제, 즉 전자수용체가 된다.2)

광합성 전자전달과정의 전자수용체(출처: 한국식물학회)

유기호흡과 전자수용체

산소가 필수적인 유기호흡에서는 산소가 유기탄소 분자로부터 전자를 받는 전자수용체로 작용한다. 그 결과 산소는 환원되어 물 분자를 구성하며, 유기탄소는 산화되어 이산화탄소로 배출된다. 산소가 존재하여 유기호흡이 가능한 환경에서는 산소가 전자수용체로 작용하지만, 산소가 고갈되어 조성된 무기호흡 환경에서는 철(Fe3+), 질산(NO3-), 황산(SO42-) 및 망간산화물(manganese oxide) 등이 호흡의 전자수용체로 작용한다.

무기호흡과 전자수용체

탈질화 반응(denitrification)

토양의 질산에서 기체 질소를 유리하는 반응으로 토양미생물인 프로테오박테리아(proteobacteria) 등의 많은 탈질화세균(denitrifying bacteria)에서 볼 수 있다. 이 반응에서 질산은 산소와 마찬가지로 환원되는 성질이 매우 강하므로 전자수용체로 작용한다. 이 외에 탈질화세균이 많이 사용하는 전자수용체로 철 이온(Fe3+)과 다양한 유기 전자수용체가 있다.3)

황산염 환원(sulfate reduction)

황 원소(sulfur, S) 자체, 아황산염(sulfite, SO32-) 및 티오황산염(thiosulfate, S2O32-)을 이산화황(hydrogen sulfide, H2S) 기체로 환원시키는 반응이다. 이 반응에서 황산염(SO42-)이 전자수용체로 사용된다.4)

초산 생성(acetogenesis)

이산화탄소의 환원이나 유기산의 분해를 통하여 초산, 즉 아세테이트를 생성하는 반응이다. 주로 수소 분자가 전자공여체로 사용되고 이산화탄소가 전자수용체로 사용되어 초산을 생성한다. 동일한 전자공여체와 수용체가 메탄 생성과정에도 사용된다.5)

철 이온(Fe3+)

철 이온은 무기호흡에서 광범위하게 사용되는 최종 전자수용체이다. 철 이온을 이용하는 혐기성 세균의 전자전달계는 유기호흡을 하는 생물의 전자전달계와 전체적으로 유사하지만 전자전달의 최종 단백질복합체로 철환원제를 가진다는 점에서 다르다.6)

유기 전자수용체

드문 경우지만 유기화합물이 무기호흡의 전자수용체로 사용되기도 한다.7)

전자수용체와 반응의 예 (출처:한국식물학회, 최동수)

참고문헌

1. Muller P (1994) The Scientific Journal of IUPAC. Pure and Applied Chemistry 66: 1077–1184
2. Leigh JS Jr, Dutton PL (1972) The primary electron acceptor in photosynthesis. Biochemical and Biophysical Research Communications 46: 414-421
3. Knowles R (1982) Denitrification. Microbiology Reviews 46: 43-70
4. Liamleam W, Annachhatre AP (2007) Electron donors for biological sulfate reduction. Biotechnology Advances 25: 452-463
5. Müller V (2003) Energy Conservation in Acetogenic Bacteria. Applied and Environmental Microbiology 69: 6345–6353
6. Weber KA, Achenbach LA, Coates JD (2006) Microorganisms pumping iron: anaerobic microbial iron oxidation and reduction. Nature Reviews Microbiology 4: 752-764
7. Cord-Ruwisch R, Seitz H-J, Conrad R (1988) The capacity of hydrogenotrophic anaerobic bacteria to compete for traces of hydrogen depends on the redox potential of the terminal electron acceptor. Archives of Microbiology 149: 350–357