원핵생물의 구조와 소기관 - (세포막, DNA, 플라스미드, 리보솜, 선모, 편모, 세포벽)

 

전형적인 원핵생물의 구조(출처:위키백과)

 

원핵생물(Prokaryotes)은 핵막이 없고 세포질에 DNA가 풀어져 있는 것이 원핵생물의 특징이다. 진행 생물처럼 DNA를 가지고 있지만 진행 생물과 달리 원형 구조이다. 염색체 외에 여러 가닥의 작은 원형 DNA인 plasmid를 가지고 있지만 생존에 필수적이지는 않다. 하지만 있으면 유용한 유전자들이 유전자들이 위치한다. 

 

세균은 대개 이분법을 통하여 번식한다. 유전자의 교환과 재조합은 여전히 일어나지만 이것은 단지 같은 것을 만들어 내는 과정이며 두 세포들 사이의 DNA이동인 수평적 유전자 이동의 형태이다.

 

1. 세포막

세균 세포는 원형질막으로 감싸져 있다. 이 막은 세포의 기관들을 에워싸고 세포의 밖과 안을 구분해주는 막이 된다. 세균 중에 광합성 세균은 세포막에 ATP 합성 효소를 갖기도 한다.

 

-(i) 진정 세균

• 인지질(글리세롤+지방산 : 에스테르 결합) 주로 호파노이드(드물게 스테롤이 관찰됨)
• 호 파노가 드는 세균에 존재하는  5개의 고리로 이루어진 판상형 탄화수소로 세균의 막에 존재하며 막 구조를 안정화시킨다. 진핵생물의 콜레스테롤과 유사한 기능을 한다.
• 홍세균 남세균의 경우 활발한 광합성을 위해 세포막 일부가 내부로 접혀 들어가 표면적을 넓힘

-(ii) 고세균

• 인지질(글리세롤+가지 친 지방산:에테르 결합)
• 에테르 결합은 탄소와 산소 사이의 C-O-C 결합을 말하며 진정 세균의 에스테르 결합보다 강하다. 극한 환경에서 살기 때문에 더 단단한 세포막이 필요한 고세균은 에테르 결합으로 진화했다.
• 인지질 이중층 또는 인지질 단일층 구조가 관찰됨.

 

2. DNA

• 핵이 없는 대신 세포질 내의 핵 양체(Nucleoid) 부위에 불규칙한 모양으로 모여 있음
• 핵 양체란 원핵생물에서 발견되는 유전정보를 담고 있는 물질을 포함하는 부위로서, 진핵생물의 핵과 달리 핵막에 의해 세포질과 분리되지 않는다.
• 한 개의 원형 DNA를 지님(진정 세균 : 히스톤 없음, 고세균 : 히스톤 있음)

 

3. 플라스미드(plasmid)

• 세균 유전체와 독립적으로 존재하는 DNA, 대부분 원형으로 발견됨
• 크기가 작음(보통 30개 이하의 유전자를 지님)
• 세균 성장에 필수적이지 않지만, 지니고 있으면 세균에 이점을 제공하는 유전자들 존재
• 세포 내의 오직 한 개의 사본만 있는 것부터 수십 개의 사본으로 복제되는 것까지 다양함
• 일부 플라스미드는 세균 유전체에 삽입될 수 있는 에피 좀(episome)의 형태를 띰

* 에피 좀(episome) : 유전체에 삽입될 수도 있고, 독립적으로 존재할 수도 있는 DNA

 

4. 리보솜(Ribosome)

• 단백질 합성 기구 : 30S + 50S → 70S (진핵생물의 리보솜보다 작음)
• S는 침강 계수로 물질이 침강할 때의 성질을 나타내는 지표이다. 무거울수록 침강 계수가 크다. 30S는 리보솜의 소단 위체이고 50S는 리보솜의 대단위체이다.
• 세포질에 존재할 경우 : 세포질 내에서 사용할 단백질들을 합성
• 세포막에 부착된 경우 : 세포 밖으로 분비할 단백질들을 합성

 

5. 선모(Fimbira)

• 세균 표면의 털 같은 구조물들
• 필린(Pillin) 단백질로 이루어짐

-(i)핌브리아(Fimbria)

• 지름은 약 3~10nm, 길이는 수 ㎛ 정도의 작고 가느다란 관 모양 구조
• 숙주 감영, 생물막(Biofilm) 또는 콜로니 형성 등 어딘가에 부착할 때 사용

-(ii) 성선모(sex pilli)

• 지름 9~10mm로 핌브리아보다 두꺼움
• F플라스미드 내의 유전자를 전사, 변역해 만듦
• 성선모를 이용해 다른 세균에 부착하면, 세포질 다리를 형성해 F플라스미드 사본을 다른 세균으로 전달함

 

6. 편모(Flagellum)

• 지름 약 20nm 길이는 10~15㎛정도의 가늘고 빳빳한 나선형 구조
• 플라 젤린(Flagellin) 단백질의 중합체가 세포막, 세포벽을 뚫고 뻗어 나옴
• 일종의 막관 통 단백질로 내재성 단백질로 볼 수 있음
• 운동부 부속기관 역할 : 운동성이 있는 세균들은 하나 또는 여러 개를 지님
• 에너지원으로 ATP 대신 H+ 농도 기울기를 이용해 프로펠러처럼 회전 운동을 수행
• 유인 물질 존재 시 : 시계 반대 방향으로 회전해 유인 물질 방향으로 전진
• 유인 물질 부재 시 : 시계 방향으로 회전해 진행 방향을 바꿈
• 플라 젤린 단백질이 편모 내부의 빈 중심부를 따라 이동해 편모 끝에 붙어 자가 조립되며 신장함

 

7. 세포벽

• 세포막의 바깥쪽에 위치
• 세포의 모양을 유지하고 삼투 현상에 의해 세포가 터지지 않도록 보호함

-(i) 진정 세균

펩티도글리칸

•  N-아세틸글루코사민 + N-아세틸뮤람산 : beta(1→4) 결합으로 연결
• 선형의 다당류들 사이에 아미노산들이 교차 결합 형성

-(ii) 고세균

슈도 펩티도글리칸

• N-아시텔글루코사민 + N-아세틸탈로사미뉴론산 : beta(1→3) 결합으로 연결
• 선형의 다당류들 사이에 진정 세균과 다른 아미노산들이 교차 결합을 형성