2. 미생물의 구조

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1 1. 시료처리및염색 1-1. 고정 (fixation) : 세포의내외부구조를보존하여 slide 에부착 * 물리적고정 - Slide에세균도말 -> 건조 -> 열처리 - 전체적형태유지, 내부구조변형 * 화학적고정 - 세포내부구조형태유지 - 화학고정액사용-> 단백질, lipid, 탄수화물과반응 -> 분자활성정지 -> 불용화, 고정화 - Ethanol, Acetic acid, Formaldehyde, Glutaldehyde

2 1-2. 염색 1) 단순염색 : 발색기 (Chromophore group) 을가진염료가세포와결합 * 염기성염료 (basic dye) - Methylene blue, Basic fuchsin, Crystal violet, Safranin - positively charged dye - negatively charged molecule 과결합 ( 핵산, 단백질..) - bacteria 표면 -> negatively charged * 산성염료 (acid dye) - Eosin, Rose bengal, Acid fuchsin - negatively charged group (carboxyl, phenol) - 세포의양전하부분에결합 2) 분별염색 (differential staining, Gram staining) - 덴마크의사 Christian Gram 개발, 1884 년 - 염색특징에따른세균분류 -> Gram 양성 -> Gram 음성 * Crystal violet -> Iodine soln -> ethanol 탈색 Gram+ : 착색 Gram- Safranin Gram- : 탈색 (red) Gram+(purple)

3 Gram staining protocol

4 Gram stained microorganism (a) Clostridium perfringens(x800), (b) Staphylococcus aureus(x1000) (c) Escherichia coli(x500) (d) Neisseria gonorrhoeae(x1000)

5 2. 원핵세포구조와기능 2-1. 일반특징 (1) 크기, 모양, 배열 * 구균 (coccus, cocci): 둥근모양 - diplococcus ( 쌍구균 ) -> Neisseria - 연쇄상구균 : 사슬모양 (b) -> Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus - 포도상구균 : 포도송이모양 (a) -> Staphylococcus * 간균 (bacillus, bacilli): 막대모양 (C) - 구형간균 (coccobacilli): 짧은간균 * 나선균 (spirillum) (d) * 휘어진간균 ( 극성편모 )(e) * 크기 : 0.2um - 500um ex) E coli : um x 2-6 um * 극미세세균 : 0.2um 이하

6 그람양성균의기본구조

7 2-2. 세포막 - 지질이중층 ( 인지질 ) - 단백질과지질로구성 -> peripheral protein, -> integral protein -기능 -> 형태유지, 투과장벽, 대사작용, 수용체분자

8 2-3. 세포질 - 세포막과핵양체사이의물질 - 대부분물로구성 - inclusion body, vacuole, ribosome 함유 * inclusion body - 물질저장 -> 세포의영양상태에따라수변화 * gas vacuole - 내부공기주머니 - 부력제공 -> 미생물이동조절 * ribosome - 단백질 + RNA의복합구조 - 단백질합성 -> 세포질내 ribosome -> 세포내재단백질세포막부착 ribosome -> 세포외분비단백질 - 70S ribosome ( 진핵세포 : 80S)

9 원핵세포 세포질구조

10 2-4. Nucleoid ( 핵양체 ) - 유전물질보관장소 - 불규칙한모양 - 단일한환상의이중나선 DNA - 일반적으로세포막에연결 -> 세포분열시막의역할-> DNA분리 - 60%:DNA, 30%:RNA, 10%:protein * Plasmid - 염색체이외의환형이중나선 DNA 분자 - 자손에게복제유전 - 성장생식에비필수적 - 세균숙주에선택적이점제공 -> 약물내성, 새로운대사능력 - 이종세균에침입가능 핵양체 a: 분열중의핵양체, b:e.coli 의핵양체 c: 분열중인 E.coli 핵양체모형

11 2-5. 세포벽 (cell wall) - 단단한껍질 - 세포의모양유지 - 병원성의원인 ( 일부 ) - Peptidoglycan 이주성분 -> gram+ : 2 층 -> gram- : 3 층

12 Peptidoglycan 구조 Peptide 와다당류의연결구조 Peptidoglycan 구조모형 NAG : N-acetyl glucosamine NAM : N-acetyl muramic acid

13 원핵세포세포벽구조 Gram + Gram -

14 2-6 세포외부구성요소 1) Capsule( 협막 ) - 조직화되어있으며세포에부착되어있음 - 숙주식세포의식균작용으로부터보호 - 물분자포함 -> 건조방지 - 소수성독성물질침투방지 ex) detergent - 일반적으로다당류로구성 2) Slime layer - 넓게퍼져있으며특정구조없음 - 쉽게제거가능 3) Glycocalyx - 세포표면에서외부로퍼져있는다당류의망상구조 - 세포의부착 ( 고체, 조직 ) 을도와줌

15 원핵세포 capsule, glycocalyx 구조 * 내장벽에연결된세균의 glycocalyx a) 염색된 capsule (Klebsiella pneumoniae) b) Bacteroides 의 glycocalyx

16 4) Fimbriae - 얇고운동성과관계없음 - 고체부착관련 Fimbria 와 flagella 5) Pili (Sex pili, pilus) -1-10개/cell - 세균접합과정에관여 -> 유전정보전달 - fimbria 보다크다 6) Flagella(flagellum, 편모 ) - 세포운동에관여 um - 단성편모, 군모성편모, 주모성편모 - 극성편모, 양극성편모 a: 단성편모 b: 군모성편모 c: 주모성편모

17 편모의세부구조 a: Gram - b: Gram +

18 * 원핵세포구조와기능요약

19 3. 진핵세포의구조와기능 3-1 기본특징 * 막으로이루어진세포소기관 (organelle) -> 세포내특정기능담당 -> 세포질의공간적분리 -> 생화학적생리적기능분리 -> 기능의동시수행 -> 기능의조절과연계 -> 물질이동수단 Organelles and membrane

20 3-2 세포질, 미세섬유, 미세소관 1) 세포질 (cytoplasmic matrix) - 세포생명현상의기본매질 - 생화학반응수행 -> 높은단백질농도 -> ph ) 미세섬유 (microfilament) - 세포질전체에퍼져망상구조 or 평행구조형성 - 세포운동, 형태변화에관여 -> 액틴단백질로구성 3) 미세소관 (microtubule) - 세포형태유지 -> 미세섬유와연계 - 세포의움직임 -> - 세포내물질이동 -> 유사분열시방추사 4) 중간섬유 (intermediate filament) - 1), 2), 3) 과얽혀세포골격 (cytoskeleton) 형성

21 진핵세포의미세소관 a: 포유류세포의미세섬유 b: 포유류세포의미세소관

22 3-3 소포체 (endoplasmic reticulum, ER) - cisternae 구조의막성소관 -> 조면소포체 (rough ER, RER) - 분비단백질합성소포 - ER 바깥쪽에 ribosome 부착 -> 내부로단백질합성후다른곳에운반 -> 활면소포체 (smooth ER, SER) - 지방질합성소포 - ribosome 없음 - 물질의합성과운반 - 세포막합성및운반

23 3-4 골지체 (Golgi body, Golgi apparatus) - cisternae 구조의막성소관 -> 4-8개의겹쳐진막성주머니 - 리보솜결합되지않음 - 소포체와연결물질의수송에관여 - 세포막의합성과수송 -> lysosome 합성

24 진핵세포골지체와물질수송

25 3-5 리소솜 (Lysosome) - 둥근공형태의단일막구조 - 세포내소화담당 -> 모든종류의생체고분자소화효소포함 -> 약산성조건유지 : ph > 소화효소는 RER 에서생성골지체에서포장 -Endocytosis 를통해영양분섭취하는세포에서중요한역할 -> Phagocytosis( 식세포작용 ): 큰입자나미생물의흡입 phagosome 형성 -> Pinocytosis( 음세포작용 ): 작은용질흡입 pinosome 형성 * primary lysosome: 새로형성된리소솜 * secondary lysosome: endosome 과결합된 lysosome Endosome * autographic vacuole: 자신의세포질을분해하기위해형성된 endosome

26 진핵세포 lysosome 형성과물질분해 - 소포체 : 분비단백질과막을형성골지체에제공 - 골지체 : 분비소낭형성세포막에융합세포밖으로분비 lysosome 형성 endosome 과융합 - Lysosome : 물질분해세포공급혹은세포외배출 -> Lysosome 내소화효소는유지, 분해물만세포에공급

27 3-6 리보솜 (ribosome) - 60S와 40S로이루어진 80S 구조 - RER이나세포질에존재 -> 단백질합성 -> RER ribosome -> 단백질합성후소포체내로세포외로분비막단백질로삽입 -> 세포질 ribosome -> 세포질내단백질합성 * polyribosome: 하나의 mrna 에연결된여러개의 ribosome 80S 60S 40S

28 진핵세포 polyribosome 구조

29 3-7 미토콘드리아 (mitochondria) - 세포내의발전소 -> 에너지생성 - 전자전달, 산화적인산화, TCA회로 - 이중막구조 -> 내막 : 전자전달, 산화적인산화 -> 외막 : TCA회로, 지방산산화 - 자체의 ribosome, DNA 존재 -> 자체단백질합성

30 3-8 핵 (nucleus) - 유전정보보관 - chromartin( 염색질 ): 휴지상태의 DNA 구성물질, 핵에퍼져있음 - chromosome( 염색체 ): 세포분열시응축된형태 - 핵공 (nuclear pore): 외막과내막이융합된형태, 세포질과의물질교환 - nucleolus( 인 ): 핵내부의응축구조 -> ribosome 합성의주된역할 (rrna)

31 3-9 세포의표면구조 - 세포벽없음 -> 지질이중층의스테롤성분 -> 막을견고하게유지예외 ) 조류 (algae) 의세포벽 -> 화학구조는단순 - cilia( 섬모 ) 와 flagella( 편모 ): 세포의운동기관 -> 섬모 :5-20 um, 편모 : um -> 미세구조는비슷 -> 9+2구조 : 9쌍의미세소관 + 두개의중앙미세소관 -> 편모운동 : 기저부 -> 말단 밀어냄말단 -> 기저부 잡아당김 -> 섬모운동 : 노젖기 편모 섬모

32 진핵세포섬모, 편모구조

33 원핵세포와진핵세포의비교