제 1장 1-1 원시핵생물

1-1 원시핵생물(prokaryote,프로캐리오트)

 

원시핵생물은 고세균(archaebacteria 또는 archaea), 진정세균(eubacteria) 두 그룹으로 분류할 수 있다.

 

 

 

1-1-1 고세균(archaebacteria)

 

대부분의 고세균은 매우 극단적인 환경에서 서식한다.

 

높은 염농도에 적응한 호염균(halophile), 메탄을 생성시키는 메탄균(methanogen), 고온에 적응한 고온균(thermophile), 고압에 적응한 호압균(barophile)

 

고세균들은 상대적으로 작은 유전체(genome,지놈/게놈)를 갖는데, 이는 진정세균에 비하면 1/2 수준이다.

 

그람염색(gram staining)에 따라 원시핵세포를 더 세분화할 수 있다.

 

세포벽이나 외막 구조에 따라 염색결과가 달라지는데, 고세균의 세포벽 조성은 현저하게 달라서 구분하기 쉽다.

 

진정세균의 세포벽 조성과 상당히 다르고, 특이한 세포막 지질도 포함한다.

 

 

 

1-1-2 진정세균(eubacteria)

 

진정세균은 대부분의 산업용 원시핵세포 생물을 포함한다. 

 

원시핵세포 생물은 진정세균과 상당히 다른데, 특히 전사와 단백질합성 관련된 해독기구에서 진핵세포와 비슷한 특징을 보인다.

 

형태적 다양성(크기와 모양: 간균,구균,나선균 등), 구조적 다양성(그람양성과 그람음성 / 세포벽,외막 / 편모나 섬모) 등 여러가지 다양성이 존재한다.

 

산업적으로 가치있는 그람양성균과 그람음성균의 특성을 살펴보자.

 

 

1. 대장균, 그람음성균

 

대장균(Escherichia coli,에스체리치아 콜라이)은 사람의 대장과 온혈동물들의 장하부에 서식하는 세균이다.

 

20분 정도의 짧은 배가속도로 빠른 증식률을 보인다. 이로인해 산업적으로 유용하게 사용되는 미생물이다.

 

다른 생물의 이종단백질을 생산하는데 유용하지만, 세포의 외막구조 때문에 그람양성균에 비해 단백질을 분비하는 데 어려움이 있다.

 

 

  ※ 그람음성균의 세포외막

 

  그람음성균 세포의 바깥은 세포벽이 아니라 세포 외막(envelope)으로 둘러싸여 있으며, 그람양성균의 세포벽(cell wall)보다 더 복잡한 구조를 갖는다.

 

  세포의 가장 바깥 부분인 세포외막은 이중 막으로 당지질(lipoplysa-ccharude)과 뮤코펩타이드(mucopeptide)를 포함한다.

 

  이 구조는 작은 분자들의 이동을 방해하지 않지만, 소수성 분자나 단백질의 이동에는 장애가 된다.

 

  세포외막은 포린(porin) 단백질을 포함하고 있어 작은 분자들이 지나다니는 통로가 된다.

 

  그리고 당지질은 세제나 다른 항미생물제에서 세포를 보호하는 효과가 있다

 

 

  ※ 펩티도글리칸과 주변세포질 공간

 

  펩티도글리칸은 그람음성균의 외막 안에 지단백질(lipoprotein)로 공유결합되어있는 얇은 층을 가리킨다.

 

  그람양성균은 20-25개 층의 펩티도글리칸을 갖는 반면, 그람음성균은 1-3개 층으로 구성되어 있다.

 

  펩티도글리칸 아래쪽에는 주변세포질 공간(periplasmic space)가 있다. 여기에 다양한 단백질, receptor, 여러 효소가 위치한다.

 

   

  ※ 세포(세포질)막

 

  주변세포질 공간의 아래쪽에는 세포막(세포질막)이 있다. 이 막은 세포질기질(cytoplasmic matrix)을 둘러싸고 있다.

 

  이를 통해 선택적으로 영양소의 출입과 분비가 이루어진다.

 

 

  ※ 세포질기질과 세포함유물

 

  세포질기질은 pH 7.6-7.8을 유지하고, 세포 안팎의 산도 차이는 주로 전자전달과 호흡에 관련된 양자펌프(proton pump)들에 의해 조절된다.

 

  세포질에는 대사 중간산물과 동화작용, 이화작용에 필요한 효소와 조효소들이 있다.

 

  전사 및 해독과 단백질 합성에 필요한 기구들도 이곳에 위치한다.

 

  플라스미드도 세포질에 존재하는데, 사대적으로 작은 구형의 염색체 외 DNA분자이다.

 

  다당류인 글리코겐은 중요한 탄소와 에너지의 저장 형태이며, 세포질 내에서 봉입체로 관찰되기도 한다.

 

  특정환경에서는 삼투압조절물질인 비테인 등의 물질들이 축적되기도 한다.

 

 

2. 고초균, 그람양성균

 

Bacillus 속은 다양한 화학종속영양균(chemoheterotroph)으로, 간균의 형태를 한 그람양성균을 포함한다.

 

이 세포들은 보통 대장균보다 크고, 어떤 종은 편성혐기성(strict aerobe), 다른 종은 통성혐기성 또는 미호기성(microaerophile)이다.

 

Bacillus 속은 타원형이면서 원통형인 내생포자(endospore)를 형성하는데, 이는 저항성이 높아 나쁜 환경에서도 살아남는다.

 

고초균(B. subtilis)은 토양미생물로, 다양한 효소들을 생산한다.

 

특히, 전분분해효소(amylase)와 단백질분해효소처럼 산업용 효소를 생산하는 데 널리 이용된다.

 

 

   ※ 그람양성균의 세포외막

 

  고초균의 세포벽은 그람양성균 세포벽의 대표적인 예이다.

 

  단순한 구조로 20-25층의 펩티도글리칸으로 되어 있다.

 

  세포벽 바깥쪽에 폴리펩타이드로 된 캡슐을 만들기도 한다.

 

  편모를 가질 수도 있으며 편모를 통해서 주향성을 나타내기도 한다.