2. 미생물의 구조

1. 시료 처리 및 염색

 1-1. Fixation ( 고정 )

: 세포의 내 외부 구조를 보존하여 slide에 부착

- 물리적 고정

•        Slide에 세균 도말 ➝ 건조 ➝ 열처리

•        전체적 형태 유지, 내부 구조 변형

•        간단, easy

- 화학적 고정

•        세포 내부 구조 형태 유지, dead

•        화학적 고정액 사용

•        Ethanol, Acetic acid, Formaldehyde, Glutaldehyde 

 

1-2. 염색

- 단순 염색 : 발색기 (chromophore group)을 가진

염료가 세포와 결합

염기성 염료 Basic dye	산성 염료 Acid dye
- (+) charge 띄는 물질로 미생물의 (-) charge (주로 표면)에 결합 - Methylene blue, Basic fuchsin, Crustal violet, Safranin	- (-) charge 띄는 물질로 미생물의 (+) charge에 결합 - Eosin, Rose bengal, Acid fuchsin

 

- 분별 염색 (Gram staining) 

: 염색 특징에 따른 세균 분류

Crystal Violet (Purple) > Iodine (착색) > ethanol (탈색) > Safranin (red)

➝ Gram (+): ethanol로 탈색x ⇒ Purple

➝ Gram (-): 탈색 후safranin으로 염색 ⇒ Red

 

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Prokaryotes

2. 원핵 세포 구조와 기능

 

2-1.일반적인 특징

- Coccus, Cocci : 둥근 모양. 구균

- Diplococcus: 쌍구균

- Streptococcus : 연쇄상구균

- Staphylococcus : 포도상구균

- Bacillus, Bacilli : 막대모양

- Coccobacilli : 구형간균

- Spirillum : 나선균

- 크기: 0.2µm ~ 500µm = 0.5mm

 

 

 

 

2-2. 세포막

- 인지질 이중층 ( 친수성 head + 소수성 tail )

- 단백질과 지질로 구성

•        peripheral protein ( 밖에 튀어나와 있음 )

•        integral protein ( 안에 있음 )  

- 기능: 형태 유지, 투과 장벽, 대사 작용, receptor

 

2-3. 세포질

- 세포막과 핵양체 사이의 물질

- 대부분 물로 구성

- Inclusion body: 여분의 영양분 or 물질 저장, 미생물의 영양 상태나 주변 환경에 따라 개수 변화, 비필수적

- Gas vacuole: 내부 공기 주머니, 부력 제공, 미생물 이동 조절

- Ribosome: 단백질 + RNA구조, 단백질 합성. 70S

Ribosome (30S + 50S) ↔︎ Eukaryote: 80S ribosome

 

2-4. Nucleoid 핵양체

- DNA가 응축되어 유전 물질을 보관하는 구조

- 불규칙한 모양

- Single circular double stranded DNA

- 세포 막에 연결: 세포 분열 시 막의 역할  ➝ DNA 분리

- DNA(60%) , RNA(30%), ptn(10%) (히스톤 단백질x, 효소 등임)

 

* Plasmid

- 염색체 이외의 circular double stranded DNA

- 자손에게 유전, 이종 세균에 침입

- 성장, 생식에 비필수적

- 선택적 이점 제공: 약물 내성, 새로운 대사능력 등 : plasmid에서 만들어지는 단백질들이 숙주에게 이점을 제공하는 것.

 

2-5. 세포벽

- Peptidoglycan이 주성분.

* Gram (+) : 2층. 두꺼운 peptidoglycan + Plasma membrane

* Gram (-): 3층. Outer membrane + 얇은 peptidoglycan + Plasma membrane

 

* Peptidoglycan 구조

: N-acetylmuramic acid (NAM) + N-acetylglucosamine (NAG) … β-glycosidic bond로 연결

: peptide bridge로layer끼리 연결

 

 

2-6. 세포외부 구성요소

Glycocalyx	- 세포 표면에 다당류의 망상구조 - 세포의 부착을 도움
	Capsule 협막	- 조직화, 세포에 부착됨 - 숙주 세포의 식균작용으로 부터 보호 - 물 분자 포함 (건조방지) - 소수성 독성 물질 침투 방지 detergent - 다당류로 구성
	Slime layer	- 넓게 퍼져 있으며 구조x - 쉽게 제거 가능
Fimbriae	- 운동성x - 고체 부착 관련
Flagella 편모	- 세포 운동에 관여 - gram (+): - gram (-): 막을 연결하는 여러 개의  ring으로 구성
Pili	- 운동성x - 세균 접합 과정에 관여 ➝ 유전 정보 전달
Cilia	- 세포 운동에 관여 - prokaryote에 없음

* 크기: Fimbriae < Pili < Cilia

 

 

* Prokaryote의 구조와 기능 요약

Plasma membrane	선택적 투과 장벽, 세포의 기능적 경계, 노폐물 수송, 대사 활동 일어남
Gas vacuole	수생 환경에서 물에 뜨게 함
Ribosome	단백질 합성
Inclusion body	탄소, 인 및 다른 성분의 저장
Nucleoid	유전물질 저장
Cell wall	가수분해효소, 영양물질 가공 및 흡수에 필요한 결합 단백질 존재
Capsule, Slime layer	식균 작용 억제, 표면에 부착
Fimbriae, Pili	표면에 부착, 세균의 접합
Flagella 편모	세포 운동
Endospore 내생포자	열악한 환경에서의 생존

 

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Eukaryotes

3. 진핵세포의 구조와 기능

 

3-1. 기본특징

- Prokaryote와 구별되는 가장 큰 특징: 막으로 이루어진 세포 내 소기관.

- 세포 내 특정 기능 담당

- 공간적, 기능적 분리: 생화학적, 생리적 기능 분리.

- 물질 이동 수단

 

3-2. 세포질, 미세섬유, 미세 소관

세포질 Cytoplasmic matrix	- 생화학 반응 수행 - pH 6.8~7.1 - 세포 소기관을 뺀 나머지
미세섬유 Microfilament	- 세포 운동, 형태 변화 - 액틴 단백질로 구성 - 근육에 많음	세포질에 있는 구조
미세소관 Microtubule	- 세포의 형태 유지 - 세포의 움직임, 물질 이동에 관여 - 유사분열 시 방추사
중간섬유 Intermediate filament	- 세포질, 미세섬유,  미세소관과 얽혀 세포  골격 형성

 

3-3. 소포체 Endoplasmic reticulum (ER)

- cisternae 구조의 막성 소관. 얇은 판이 겹쳐 있음.

- 분비단백질과 막을 형성해 골지체에 제공

조면 소포체 Rough ER, RER	- 분비 단백질 합성 소포 - 물질의 합성과 운반
활면 소포체 Smooth ER, SER	- 지방질 합성 소포, ribosome X - 세포막 합성 및 운반

 

3-4. 골지체

- Cisternae 구조의 막성 소관

- Ribosome X

- Posttranslational modification에 관여. 단백질 자체의 변형. Prokaryote X : ptn 된 단백질이 골지체에 들어 있음. Active form로 바뀌어 필요한 곳으로 이동. Or Fusion 되어 막을 형성.

- 소포체와 연결, 물질의 수송에 관여

- 세포막의 합성과 수송 ➝ Lysosome 합성

- 분비 소낭 형성, 세포막에 융합, 세포 밖으로 분비, lysosome형성, endosome과 융합

 

3-5. 리소좀

- 세포 내 소화 담당

•        모든 종류의 생체 고분자 소화 효소 포함

•        약산성 조건 유지. pH 3.5 ~ 5.0

•        소화 효소는 RER에서 생성, 골지체에서 포장

- Endocytosis

•        Phagocytosis ➝ Phagosome 형성

•        Pinocytosis ➝ Pinosome 형성

                                 Endosome

- Primary lysosome: 새로 형성된 Lysosome

- secondary lysosome: endosome과 결합된 Lysosome

- autographic vacuole: 자신의 세포질물질을 분해하기 위해 형성된 endosome

- 물질 분해 세포 공급 or 세포 와 배출

- Lysosome내 소화 효소는 유지, 분해물만 세포에 공급

 

 

 

3-6. 리보솜

- 60S + 40S = 80S

- RER ribosome: 단백질 합성 후 소포체 내로 이동  ➝ 세포 외로 분비 or 막단백질로 삽입

- 세포질 ribosome: 세포질 내 단백질 합성

- Polyribosome: 하나의 mRNA에 연결된 여러 개의 ribosome

 

 

 

3-7. 미토콘드리아

- 세포 내의 발전소. 에너지 생산

- 이중막 구조

•        내막: 전자 전달, 산화적 인산화

•        외막: 지방산 산화

- 자체의 ribosome, DNA 존재 ➝ 자체 단백질 생성

 

 

 

3-8. 핵

- 유전정보 보관

- Chromatin (염색질) : 휴지 상태의 DNA구성 물질, 핵에 퍼져 있음.

- Chromosome (염색체): 세포 분열시 응축된 형태

- Nuclear pore (핵공): 외막과 내막이 융합된 상태, 세포질과 물질 교환

- Nucleolus (인): 핵내부의 응축 구조 ➝ ribosome 합성의 주된 역할 (rRNA)

 

 

3-9표면 구조

- 세포벽X, 지질 이중층의 스테롤 구조가 막을 견고하게 유지

- 예외) Algae의 세포벽

- 세포의 운동 기관: Cilia(섬모),           Flagella(편모)                 ➝ 미세 구조는 비슷: 9+2구조

                             노젓기                  밀어내고 당기기

 

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	Prokaryotes	Eukaryotes
유전 물질의 구조
핵막으로 둘러싸인 핵	X	O
DNA와 결합한 히스톤	X	O
염색체의 수	1n	>1
인트론	Rare	Mostly O
인	X	O
유사분열	X	O
유전자 재조합	부분적, DNA의 일방성 전달	감수분열
미토콘드리아	X	O
엽록체	X	O
스테롤 성분	Mostly X	세포막에 존재
편모	단일한 단백질 섬유로 이루어진 미세한 구조	막으로 둘러싸여있고 대부분9+2 구조
소포체	X	O
골지체	X	O
세포벽	Peptidoglycan등 복잡한 구조	화학적으로 단순한 중합체
간단한 소기관의 비교
리보좀	70S	80S
리소좀과 퍼옥시좀	X	O
미세소관	X or rare	O
세포골격	X ?	O
분화	limited	조직, 기관 등으로 분화