2. 미생물의 구조

1. 시료처리 및 염색

1-1. 고정(fixation) : 세포의 내 외부구조를 보존하여 slide에 부착

* 물리적 고정

- Slide에 세균 도말 -> 건조 -> 열처리

- 전체적 형태 유지, 내부구조 변형

* 화학적 고정

- 세포내부구조 형태 유지세포내부구조 형태 유지

- 화학고정액 사용-> 단백질, lipid, 탄수화물과 반응

-> 분자활성 정지

-> 불용화, 고정화

- Ethanol, Acetic acid, Formaldehyde, Glutaldehyde

1

2. 미생물의 구조

미생물의 현미경 관찰과정

2

2. 미생물의 구조

1-2. 염색

1) 단순염색 :발색기(Chromophore group)을 가진 염료가 세포와 결합

* 염기성 염료(basic dye) - Methylene blue, Basic fuchsin, Crystal violet, Safranin- positively charged dye- negatively charged molecule 과 결합(핵산 단백질 )negatively charged molecule 과 결합(핵산, 단백질..)- bacteria 표면 -> negatively charged

* 산성염료 (acid dye)- Eosin Rose bengal Acid fuchsinEosin, Rose bengal, Acid fuchsin- negatively charged group (carboxyl, phenol)- 세포의 양전하부분에 결합

Eosin Basic fuchsin 3

2. 미생물의 구조

2) 분별염색(differential staining, Gram staining)

- 덴마크 의사 Christian Gram 개발, 1884년- 염색특징에 따른 세균분류 -> Gram 양성

-> Gram 음성

* Crystal violet -> Iodine soln -> ethanol 탈색 Gram+ : 착색

Gram- Safranin Gram- : 탈색(red)(red)

Gram+(purple)

Gram staining protocol

4

Gram-stained microorganismg

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

5

2. 미생물의 구조

2. 원핵세포 구조와 기능

2-1. 일반특징

(1) 크기, 모양, 배열

* 구균(coccus, cocci): 둥근 모양

- diplococcus (쌍구균) -> Neisseria- 연쇄상구균 : 사슬모양 (b)

-> Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus

- 포도상구균 : 포도송이모양 (a)포도상구균 : 포도송이모양 (a)

-> Staphylococcus

* 간균(bacillus, bacilli):막대모양 (C)

구형간균( b illi) 짧은 간균- 구형간균(coccobacilli):짧은 간균

* 나선균(spirillum) (d)

* 휘어진 간균(극성편모)(e)

* 크기 : 0.2um - 500um

ex) E coli : 1 1-1 5 um x 2 - 6 umex) E coli : 1.1 1.5 um x 2 6 um

* 극미세세균 : 0.2um 이하 6

2. 미생물의 구조

a: 방선균 b:무정형세균 c:나선균 d:균사형 e:네모형 f: 줄기형 부착기관

다양한 원핵세포 모양

a: 방선균, b:무정형세균, c:나선균, d:균사형, e:네모형, f: 줄기형 부착기관

7

2. 미생물의 구조

그람양성균의 기본구조

8

2. 미생물의 구조

2-2. 세포막

- 지질이중층(인지질)

단백질과 지질로 구성- 단백질과 지질로 구성

-> peripheral protein,

-> integral protein

기능- 기능

-> 형태유지, 투과장벽, 대사작용,

수용체분자(receptor)

9

2. 미생물의 구조

2-3. 세포질

- 세포막과 핵양체 사이의 물질

- 대부분 물로 구성

- inclusion body, vacuole, ribosome 함유

* inclusion body

- 물질저장 -> 세포의 영양상태에 따라 수 변화

l* gas vacuole

- 내부 공기주머니

- 부력제공 -> 미생물 이동 조절

* ribosome

- 단백질 + RNA의 복합구조

단백질합성 세 질내 세 내재 단백질- 단백질합성 -> 세포질내 ribosome -> 세포내재 단백질

세포막 부착 ribosome ->세포외 분비 단백질

- 70S ribosome (진핵세포 : 80S)

10

원핵세포 세포질구조

11

Bacillus megaterium

원핵세포의 inclusion body

PHB : PolyhydroxybutyratePP : Polyphosphate

Cyanobacteria 12

원핵세포 ribosome 구조

13

2. 미생물의 구조

2-4. Nucleoid (핵양체)

- 유전물질 보관 장소

불규칙한 모양- 불규칙한 모양

- 단일한 환상의 이중나선 DNA

- 일반적으로 세포막에 연결

-> 세포분열 시 막의 역할 -> DNA분리

- 60%:DNA, 30%:RNA, 10%:protein

* Plasmid

- 염색체 이외의 환형 이중 나선 DNA 분자

- 자손에게 복제 유전

- 성장생식에 비필수적

- 세균숙주에 선택적 이점 제공

-> 약물내성 새로운 대사능력> 약물내성, 새로운 대사능력

- 이종 세균에 침입가능

핵양체

a:분열중의 핵양체, b:E.coli의 핵양체c:분열중인 E.coli 핵양체 모형 14

2. 미생물의 구조

2-5. 세포벽 (cell wall)

- 단단한 껍질

- 세포의 모양유지

- 병원성의 원인(일부)

- Peptidoglycan 이 주성분Peptidoglycan 이 주성분

-> gram+ : 2 층

-> gram- : 3 층

15

Peptidoglycan 구조

Peptide 와 다당류의 연결구조

Peptidoglycan 구조모형

16

원핵세포 세포벽 구조

G GGram + Gram -

17

2. 미생물의 구조

2-6 세포외부 구성요소

1) Capsule(협막)1) Capsule(협막)

- 조직화되어 있으며 세포에 부착되어 있음

- 숙주식세포의 식균작용으로부터 보호

물분자 포함 > 건조방지- 물분자 포함 -> 건조방지

- 소수성 독성물질 침투방지 ex) detergent

- 일반적으로 다당류로 구성

2) Slime layer

- 넓게 퍼져 있으며 특정구조 없음

쉽게 제거 가능- 쉽게 제거 가능

3) Glycocalyx

세포표면에서 외부로 퍼져있는 다당류의 망상구조- 세포표면에서 외부로 퍼져있는 다당류의 망상구조

- 세포의 부착(고체, 조직)을 도와줌

Capsule(a) and Glycocalyx(B) 18

2. 미생물의 구조

4) Fi b i4) Fimbriae

- 얇고 운동성과 관계없음

- 고체부착 관련

5) Pili (Sex pili, pilus)

- 1-10개/cell

Fimbria와 flagella

1 10개/cell

- 세균접합과정에 관여 -> 유전정보 전달

- fimbria 보다 크다

6) Flagella(flagellum, 편모)

- 세포운동에 관여

- 15-20um

- 단성편모, 군모성편모, 주모성편모

- 극성편모, 양극성 편모

a: 단성편모b: 군모성 편모c: 주모성 편모c 주모성 편모

19

2. 미생물의 구조

편모의 세부구조

G b Ga: Gram - b: Gram +

20

2. 미생물의 구조

편모의 운동기작

21

2. 미생물의 구조

* 원핵세포 구조와 기능요약

22

2. 미생물의 구조

3. 진핵세포의 구조와 기능

3-1 기본특징3 1 기본특징

* 막으로 이루어진 세포소기관(organelle)

-> 세포내 특정기능 담당> 세포질의 공간적 분리 > 생화학적 생리적 기능분리-> 세포질의 공간적 분리 -> 생화학적 생리적 기능분리

-> 기능의 동시 수행-> 기능의 조절과 연계

-> 물질이동수단물질이동수단

Organelles and membrane 23

진핵세포구조

W:cell wall N:nucleus M:mitochondriaW:cell wall, N:nucleus, M:mitochondriaER: 소포체, V:vacuole, GA:골지체, LD:lipid dropletPL:lysosome, F:미세섬유 24

2. 미생물의 구조

3-2 세포질, 미세섬유, 미세소관

1) 세포질( t l i t i )1) 세포질(cytoplasmic matrix)

- 세포생명현상의 기본 매질

- 생화학반응 수행 -> 높은 단백질 농도

-> pH 6.8 - 7.1

2) 미세섬유(microfilament)포유류세포의 미세섬유

- 세포질전체에 퍼져 망상구조 or 평행구조 형성

- 세포운동, 형태변화에 관여 -> 액틴단백질로 구성

유류세 의 미세섬유

3) 미세소관(microtubule)

- 세포형태유지 -> 미세섬유와 연계

- 세포의 움직임 ->

- 세포내 물질이동 -> 유사분열 시 방추사

4) 중간섬유(intermediate filament)

- 1), 2), 3)과 얽혀 세포골격(cytoskeleton)형성포유류세포의 미세소관

25

2. 미생물의 구조

3-3 소포체(endoplasmic reticulum, ER)

- cisternae 구조의 막성소관

조면소포체( h )-> 조면소포체(rough ER, RER)

- 분비단백질 합성소포

- ER 바깥쪽에 ribosome 부착 -> 내부로 단백질 합성후 다른 곳에 운반

-> 활면소포체(smooth ER SER)> 활면소포체(smooth ER, SER)

- 지방질 합성소포

- ribosome 없음

- 물질의 합성과 운반물질의 합성과 운반

- 세포막 합성 및 운반

26

2. 미생물의 구조

3-4 골지체(Golgi body, Golgi apparatus)

- cisternae 구조의 막성소관 -> 4-8개의 겹쳐진 막성주머니

- 리보솜 결합되지 않음리보솜 결합되지 않음

- posttranslational modification에 관여

- 소포체와 연결, 물질의 수송에 관여

- 세포막의 합성과 수송 -> lysosome 합성

Golgi body27

진핵세포 골지체와 물질수송

28

2. 미생물의 구조

3-5 리소솜(Lysosome)

- 둥근공 형태의 단일막 구조

세포내소화 담당 모든 종류의 생체고분자 소화 효소 포함- 세포내소화 담당 -> 모든 종류의 생체고분자 소화 효소 포함

-> 약산성조건 유지 : pH 3.5 – 5.0

-> 소화효소는 RER에서 생성 골지체에서 포장

- Endocytosis를 통해 영양분 섭취하는 세포에서 중요한 역할Endocytosis를 통해 영양분 섭취하는 세포에서 중요한 역할

-> Phagocytosis(식세포작용): 큰 입자나 미생물의 흡입 phagosome 형성

-> Pinocytosis(음세포작용): 작은 용질 흡입 pinosome 형성

* primary lysosome: 새로 형성된 리소솜 Endosome* primary lysosome: 새로 형성된 리소솜

* secondary lysosome: endosome 과 결합된 lysosome

* autographic vacuole: 자신의 세포질물질을 분해하기 위해 형성된 endosome

Endosome

29

진핵세포 lysosome 형성과 물질분해

- 소포체 : 분비단백질과 막을 형성 골지체에 제공- 골지체 : 분비소낭 형성 세포막에 융합 세포밖으로 분비

lysosome 형성 endosome과 융합- Lysosome : 물질분해 세포공급 혹은 세포외 배출-> Lysosome 내 소화효소는 유지, 분해물만 세포에 공급

30

3 6 리보솜( ib )

2. 미생물의 구조

3-6 리보솜(ribosome)

- 60S와 40S로 이루어진 80S 구조

- RER이나 세포질에 존재 -> 단백질 합성

-> RER ribosome -> 단백질합성 후 소포체내로 세포외로 분비

막단백질로 삽입

-> 세포질 ribosome -> 세포질 내 단백질 합성

* polyribosome: 하나의 mRNA 에 연결된 여러 개의 ribosome

60S

40S80S

40S

31

진핵세포 polyribosome 구조

32

2. 미생물의 구조

3-7 미토콘드리아(mitochondria)

- 세포내의 발전소 -> 에너지 생성

- 전자전달 산화적 인산화 TCA회로전자전달, 산화적 인산화, TCA회로

- 이중막구조 -> 내막: 전자전달, 산화적 인산화

-> 외막: TCA회로, 지방산 산화

- 자체의 ribosome DNA 존재 -> 자체단백질 합성자체의 ribosome, DNA 존재 > 자체단백질 합성

33

2. 미생물의 구조

3-8 핵(nucleus)

- 유전정보 보관

- chromartin(염색질): 휴지상태의 DNA 구성물질 핵에 퍼져 있음chromartin(염색질): 휴지상태의 DNA 구성물질, 핵에 퍼져 있음

- chromosome(염색체): 세포분열 시 응축된 형태

- 핵공(nuclear pore): 외막과 내막이 융합된 형태, 세포질과의 물질교환

- nucleolus(인): 핵내부의 응축구조 -> ribosome 합성의 주된 역할(rRNA)nucleolus(인): 핵내부의 응축구조 > ribosome 합성의 주된 역할(rRNA)

Chromatin & Chromosome

34

2. 미생물의 구조

3-9 세포의 표면구조

- 세포벽 없음 -> 지질이중층의 스테롤성분 -> 막을 견고하게 유지

예외) 조류(algae)의 세포벽 -> 화학구조는 단순) ( g )

- cilia(섬모)와 flagella(편모):세포의 운동기관

-> 섬모:5-20 um, 편모: 100-200um

-> 미세구조는 비슷 -> 9+2구조: 9쌍의 미세소관 + 두개의 중앙 미세소관

-> 편모운동 : 기저부 -> 말단 → 밀어냄

말단 -> 기저부 → 잡아당김

-> 섬모운동 : 노젖기

편모 섬모 35

진핵세포 섬모,편모구조

36

원핵세포와 진핵세포의 비교

37