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다윤 공
5 years ago
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1 미생물과미생물학 한지희

2 1.1 미생물학의범위 미생물분류균 : 세균 (bacteria), 바이러스 (virus), 진균류 (fungi), 원생동물 (protozoa), 조류 (algae), 기생충 (helminth)

3 1.2 미생물세포의일반적인특성과지구환경에서그들의역할 3) 미생물의크기 - 미생물은마이크로미터 ( μm ), 때로는나노미터와밀리미터로나타낼수있다. - 대부분의미생물의크기는 10nm 쯤의가장작은바이러스부터육안으로도볼수있는 3-4mm의원생동물까지이다. 그림 5. 물체의크기

축소 ex) 산소분자, 호기성, 혐기성미생물개체군의생존에영향 (a) (b)

4 1.2 미생물세포의일반적인특성과지구환경에서그들의역할 미생물개체군 : 단일모세포로부터연속적인세포분열을통해만들어진세포의집단 서식지 : 미생물개체군이살아가는환경 미생물군집 : 미생물개체군의집단 생태계는미생물활동에크게영향을받음 미생물생태계는이용가능한자원과조건에따라확장, 축소 ex) 산소분자, 호기성, 혐기성미생물개체군의생존에영향 (a) (b) (c) 그림 3. 세포생물의특성 그림 4. 미생물군집 (a) 미시간호수, (b) 하수슬러지 (c) 인간의 혀에서긁어낸미생물군집

5 1.2 미생물세포의일반적인특성과지구환경에서그들의역할 4) 자연환경에서미생물 - 지구상에존재하는미생물세포수약 인체의미생물세포는우리몸에있는세포의 10배 - 모든미생물세포에존재하는탄소의총량 = 지구상에존재하는모든식물의총량 - 지구상에서생체량의주요부분을구성하며, 생명에서필수영양소의중요한저장소 - 미생물은지구생태계에있어에너지와영양분의흐름에깊이관여 - 광합성미생물은지구광합성양의절반이상차지하여대기중대부분의산소생성 - 생물학적분해와영양분의재활용에관여 자연환경, 동물소화관서식미생물에의해생성되는이산화탄소, 메탄등의 온실가스 지구대기에단열막형성, 열보존하여지구의온도를조절 미생물은지구지각아래의퇴적물, 바위, 심지어화산에존재, 지하의미생물군집이풍화작용과광물추출, 토양형성에큰영향

6 1.3 인간에대한미생물의영향 1) 질병원으로서의미생물 - 20세기초의주요사망원인은세균성및바이러스성병원체에의한전염성질병 - 기생체는숙주를통해필요한것을얻음. 기생체의활동은감염과질병을통해숙주에피해야기, 이런경우그기생에인미생물을병원체라고함 - 매년총 100억건의새로운감염이일어나며전염병은인간의가장흔한사망원인 (WHO) 그림 6. 미국의대표적인사망원인에대한사망률 : 1900 년대와현재

7 1.3 인간에대한미생물의영향 - 세계적으로대략 1,200만명이감염으로사망 - 비감염성으로판단되었던많은질병이미생물감염과연루되어있음예 ) 위궤양, 헬리코박터특정암과바이러스당뇨와콕사키바이러스 (coxackievirus) 정신분열증, 보르나병과바이러스 - 신생질병과재출현질병증가 그림 7. 세계전염병현황

8 1.3 인간에대한미생물의영향 2) 인간의미생물이용 농업 - 미생물에의한영양분의순환으로혜택예 ) 질소, 황순환반추동물의소화에관여 사람 - 인간의대장에 개의미생물개체군존재 - 비타민과다른필수영양소합성하여소화과정에도움, 병원성미생물과경쟁 그림 8. 현대농업에미치는미생물의영향 그림 9. 인간의위장관

9 1.3 인간에대한미생물의영향 식품 - 미생물에의한식품부패로막대한경제적피해 - 신선식품의병원성미생물오염으 로질병발생 - 미생물발효생산품은필요한화학물질뿐아니라유해한미생물생장으로부터식품생산품보존 에너지 - 천연가스 ( 메탄 ) 은메탄생성세균의혐기성대사산물 - 미생물활성에의해섬유질을메탄, 에탄올로전환 그림 10. 발효식품 그림 11. 생물연료로서에탄올

10 1.3 인간에대한미생물의영향 환경정화 - 미생물을환경에도입, 안정성을회복하거나독성오염물질정화 생명공학 - 유전적으로조작된미생물을사용하여항생제, 효소등다양한화학물질생산 (a) (b) (c) 그림 12. 일하는미생물 a) 조류를이용한바이오디젤생산 b) 워싱턴주에있는핵포드핵시설의방사성물질제거를위해 Shewanella 세균을이용한연구를진행 c) 생명공학기술로백신생산

11 1. 미생물세포의구조와기능

12 모든세포들은상당한공통점을지니며동일한구성성분을함유 - 세포질 : 단백질, 핵산및다당류등의거대분자, 무기이온등이녹아있는거대분자의액상혼합물 - 세포막 : 세포외부로부터세포내부를분리시켜주는장벽 - 세포벽 : 세포에게구조적강도부여 - 핵산 : 유전정보보유, 세포의특성, 활성, 생존을결정 - 리보솜 : 단백질합성 모든원핵생물은미생물이지만진핵생물의경우일부만미생물 그림 1. 미생물세포의구조

13 염색체 (chromosome) 원핵세포 진핵세포

14 원핵세포의분열 - 이분법 (binary fussion)

15 진핵세포의분열

16 리보솜 원핵세포 진핵세포

17 1.6 분류 : 미생물의기원과진화 우즈와폭스분류체계 - 모든생물을세포종류에따른세종류의역에포함시키는체계 : 고세균 (archea) 과세균 (bacteria), 진핵생물 (eukarya) - 분자생물학적방법의도입으로세포안의리보솜핵산 (rrna) 을통해진화적연관성이해 그림 2. 우즈 - 폭스분류체계

18 원핵세포와진핵세포의차이점

19 1-1 원시핵생물 고세균 - 대부분극단적인환경에서식 - 호염균, 메탄균, 고온균, 호압균 - 메타노콘드로이틴, 유사뮤레인등의고분자화합물이세포벽에함유 - 특이세포막지질포함 1. Euryachaeota : 메탄균과극호염균 2. Crenarchaeota : 초호압균과호열균 3. Korarchaeota : 초고온균 표 1.1. 극한환경생물들의종류및예들 온도 극한명칭속 / 종도메인서식지최저최적최고 높은초고온균 Methanopyrus kandleri 고세균바다속열수공 낮은저온균 Psychromonas ingrahamii 세균바다빙산 ph 낮은호산균 Picrophilus oshimae 1) 고세균산성온천 높은호알칼리균 Natronobacterium gregoryi 2) 고세균소다호수 압력호압균 Moritella yayanosii 3) 세균심해침적물 500 기압 700 기압 >1,000 기압 염 (Nacl) 호염균 Halobacterium salinarum 고세균염전 15% 25% 32%( 포화 ) 1) P. oshimae 는또한 60 에서최적생육하는고온균, 2) N.gregoryi 는또한 20% Nacl 에서최적생육하는극호염성균, 3) M. YaYanosii 는또한 4 에서최적생육하는저온균

20 1-1 원시핵생물 진정세균 - 12개의소그룹 - 프로티오박테리아 (proteobacteria) 와그람양성진정세균 (gram-positive eubacteria) 이산업용으로사용됨 - 형태적다양성 ( 간균, 구균, 나선균, 필라멘트등 ) - 구조적다양성 ( 그람양성과그람음성, 세포벽 / 외막, 편모나섬모등세포밖구조물, 포자형성능 ) - 생태햑적, 행동양식적다양성존재

21 1) 대장균, 그람음성균 - E. coli : 온혈동물장하부서식, - 비타민 K 등을생산, 박테리아번식을막음 - 조건적호기성 - DNA를세균접합, 형질도입, 변형을통해전달. 유전물질수평적전달 Mechanisms of bacterial gene transfer Transformation of useful gene

22 (1) 세포외막 캡슐 : 주로다당류로구성, 세균생장환경조건에영향받아생성, 방어벽역할, 숙주세포의부착에관여 당지질 : 세포보호 LP : 단백지질, P : 단백질, PL : 인지질, SP : 표면단백질, TP : 통과막단백질

23 인지질이중층구조 세포막의주요기능

24 그람음성균의세포외막 막관통 (membrane-spanning) 수송체의구조와수송형태 수송체계의세종류 ABC(ATP- binding cassette) 수송체의작용기작

25 세포벽구조와여러구조물 - 테이코산 : 글라이세롤인산, 리비톨인산과다른당인산의특이중합체 A. 그람양성균, B. 그람음성균

26 세포의편모 (flagella) 기저체 (basal body) 의세부구조와세포벽에서의위치 - 훅, 고리, 막대의작용에의해섬유사가 360 도회전 A. 그람음성균, B. 그람양성균

28 그림. Bacillus 속세균의생식세포에서내생포자가생성되는포자형성 과정과발아과정. 전체과정의완성에는약 10 시간정도소요

29 1-2 균류 진핵세포미생물그룹을포함 편성화학종속영양균 세포벽 : 89-90% 가다당류, 지질과단백질성분포함. 다당류는 N-아세틸글루코사민단위체가 β-1, 4 글루코시드결합으로연결된키틴미세섬유질로구성 액포 : 글리코겐, 지질, 볼루틴등저장물질포함 격막균사의모식도

30 1-2 균류 곰팡이의형태 다핵체 (coenocyte)

31 1-2 균류 무성포자 ( 그림 1.5) - 포자낭포자 : 포자낭 (sporangium) 안에서연속적인분열로형성 - 분생포자 : 생식능력을갖고있는균사체말단에서떨어져나오며형성하거나균사의분절에의해형성 유성포자 : 접합포자, 자낭포자, 담자포자 Rhizopus stolonifer 에서접합포자 (zygospore) 의형성과정

32 1-2 균류 주발버섯 (cup fungi) 에서의자낭포자 (ascospore) 의형성과정 버섯에서담자포자 (basidiospore)) 의형성과정

33 1-2 균류 조균류 - 가장단순한균류로대부분격막이없음, 무성생식으로포자낭, 포자낭포자형성, 유성생식으로접합포자낭형성 1. 편모류 (mastigomycotina) : 물곰팡이, 수생균, 식물병원균 (pythium, phytophthora) 등을포함. 글루칸, 키틴, 섬유질포함세포벽 2. 접합균류 (Zygomycotina) : 식품제조, 생물전환에사용 (Mucor, Rhizomucor, Rhizopus 속 ) 자낭균류 - 균류중가장큰부류로대부분사상균또는효모균 - 식용버섯 ( Neurospora 속, Claviceps 속또는 Morchella 와 Tuber 속 ) - 격막이있고분생포자를통한무성생식, 자낭형성유성생식 담자균류 - 불완전격막을갖는균사형성 - 담자와담자포자이용한유성생식, 분생포자를통한무성생식 - 대부분육질의자실체형성, 송이버섯등버섯류포함

34 1-2 균류 불완전균류 - 완전한유성생식기가없음 - 무성포자 : 다양한형태의분생포자 - 격막이있는균사 - 대부분의경우효모나사상균, 유전학적연구와균주개량에이용 - Aspergillus, Cephalosporium, Fusarium, Penicillin, Trichoderma 등 효모 - 단세포형태의의미내포, 이형태성포함 ( 영양소상태에영향 ) - 종속영양생물, 통성혐기성, 단순한영양요구성 - S. cerevisiae 가대표적, 발효제품생산에이용 - 고등진핵세포와유사하여분자유전학적연구를위한모델생물로이용

35 효모 1) 세포성장과효모의생활사 페로몬에의해개시 출아하는효모세포의모식도 효모의생활주기

36 효모 2) 세포벽의구조 - 일부방어, 부착기능하는다당류로된캡슐이세포벽바깥쪽에존재 - 글루칸 : 포도당이 β-1,3, 글루코시드결합으로연결, 세포벽의강도부여 - 키틴 : 세포벽의 1% 이하로포함, 출아흔근처에서발견 - 단백질 : 구조적역할, 효소의기능 ( 세포벽생합성, 기질의가수분해 3) 세포막의구조 - 세포막 : 물질통제, 세포벽생합성관장 - 이중지질막, 지질성분은생장조건에영향예 ) 포스포티딜콜린함량 : 양조용 > 빵효모균주

37 효모 4) 핵 - 핵공을포함하는이중막으로둘러싸여있음 % 의 DNA 존재 ( 나머지미토콘드리아, 엽록체 ) 5) 미토콘드리아 - 산소호흡효모에만존재, 혐기조건에서는탈분화되어불완전미토콘드리아 - 전자전달산화적인산화효소, 리보솜, DNA 존재 6) 기타소기관과세포질의구조 - 리보솜 - 액포 - 소포체 ( 소낭형성 ) - 퍼옥시솜, 글리옥시솜 ( 효소포함 ) - 저장과립 ( 지질과탄수화물 ( 글리코겐, 트레할로스 ) - 구형플라스미드

week1.hwp

week1.hwp 1 세포의구조와구성요소 1.1 세포의구조 세포는구조에따라원핵세포 (procaryote) 와진핵세포 (eucaryote) 로나누어진다. 원핵세포와진핵세포의가장큰차이점은염색체를둘러싸고있는막의유무와미토콘드리아 (mitochondria) 나소포체 (endoplasmic reticulum) 와같은세포내소기관의유무이다 ( 표 1.1). 바이러스는독자적으로살아갈수없는생물체이므로이두가지부류에포함되지않는다.