[생명과학] 원핵생물의 구조

 

 

원핵생물은 모양에 따라서 분류가 가능하다. 둥근 모양의 구균(Coccus), 막대 모양의 간균(Bacillus), 나선 모양의 나선균(Spirillum), 쉼표 모양의 콤마형균(Vibrio) 등이 있다.

원핵생물이 어떤 소기관들로 이루어졌는지 알아보자.

 

1. 세포막

(1) 진정세균

진정세균의 세포막은 글리세롤과 지방산의 에스테르 결합으로 형성된 인지질과 호파노이드로 이루어져 있다. 드물게 호파노이드 대신 스테롤이 관찰되기도 한다.

홍세균이나 남세균의 경우 광합성이 잘 되기 위해 세포막의 일부가 내부로 접혀 들어가있기도 하다.

 

(2) 고세균

고세균의 세포막은 글리세롤과 가지 친 지방산이 에테르 결합으로 형성된 인지질로 이루어져있다. 인지질이 이중층 혹은 단일층 구조를 나타낸다.

 

 

2. DNA

원핵생물은 핵이 없는 대신 세포질 안에 핵양체(Nucleoid) 부분에 불규칙하게 모여있다. 진핵생물과 달리 한 개의 원형 DNA를 지닌다. 단 진정세균은 히스톤이 없지만 고세균은 히스톤을 갖고 있다.

 

 

3. 플라스미드(Plasmid)

플라스미드는 세균의 유전체와는 독립적으로 존재하는 DNA다. 대부분의 플라스미드는 원형을 보인다. 보통 30개 이하의 유전자를 지니고 있어 크기가 작은 편이며 세균이 성장하는데 필수적이지는 않다. 하지만 세균에게 유리한 점을 제공하는 유전자들이 있어 가지고 있으면 좋다. 세포 내에는 한 개의 사본만 있는 플라스미드도 있고 수십 개까지 복제되는 것도 있다. 플라스미드 중 일부는 에피좀 형태를 띠면서 세균 유전체에 삽입될 수 있다. 여기서 에피좀이란 유전체에 삽입이 될 수도 있고 따로 존재할 수도 있는 DNA로 대표적인 예시로 F플라스미드가 있다.

 

 

4. 리보솜(Ribosome)

리보솜은 단백질을 합성하는 기구다. 원핵생물의 리보솜은 30S와 50S가 조립된 70S 리보솜으로 진핵생물의 80S 리보솜보다 작다. 리보솜이 세포질에 존재할 때는 세포질 내에서 사용할 단백질들을 합성하지만 세포막에 붙어있는 경우에는 세포 밖으로 분비할 단백지들을 합성한다.

리보솜의 구조에 대해 자세히 말하자면 원핵생물의 30S 소단위체는 23S와 5S rRNA, 단백질들로 만들어졌으며 50S 소단위체는 16S rRNA와 단백질로 만들어졌다. 이 두 소단위체가 합쳐지면 70S 리보솜이 되는 것이다.

 

 

5. 선모(Pili)

선모는 세균 표면에 있는 털과 비슷한 구조물이며 필린(Pilin) 단백질로 이루어져있다.

 

(1) 핌브리아(Fimbria)

핌브리아는 작고 가느다란 관 모양의 구조다. 숙주를 감염시키거나 생물막(Biofilm) 혹은 콜로니를 형성에 관여하기 위해 어딘가 부착해야 할 때 사용된다.

 

(2) 성선모

핌브리아보다는 두꺼우며 F플라스미드 내 유전자를 전사하고 번역해 만들어진다. 성선모를 사용하여 다른 세균에 부착하면 세포질 다리가 만들어져 F플라스미드의 복제본을 다른 세균으로 전달할 수 있다.

 

 

6. 편모(Flagellum)

가늘고 빳빳한 나선형의 구조물이다. 플라젤린(Flagellin) 단백질 중합체가 세포막과 세포벽을 뚫고 나와있다. 운동 부속 기관의 역할을 하기 때문에 운동성이 있는 세균들은 편모를 하나 이상 지니고 있다. 편모가 운동할 때는 ATP 대신 수소의 농도 기울기를 이용하여 프로펠러와 같이 회전 운동을 수행한다. 유인 물질이 있을 때는 시계 반대 방향으로 회전하여 유인 물질이 있는 방향으로 움직이고, 유인 물질이 없을 때는 시계 방향으로 회전해 방향을 전환한다. 플라젤린 단백질이 편모 안의 중심부를 이동하면서 편모의 끝에 붙어 신장되기도 한다.

 

 

7. 세포벽

세포벽은 세포막의 가장 바깥쪽에 위치해 있다. 세포의 모양을 그대로 유지해주며 삼투 현상에 의해 세포가 용혈 되지 않도록 보호하는 역할을 한다.

 

(1) 진정세균

진정세균의 세포벽은 펩티도글리칸으로 이루어지는데 이는 N-아세틸글루코사민과 N-아세틸뮤람산의 결합으로 연결되며 그 사이에 아미노산들이 교차 결합을 형성한다. 침이나 눈물 등에 있는 라이소자임은 다당류 사이의 결합을 파괴하고 페니실린은 트랜스펩티다아제를 저해함으로써 교차 결합이 형성되는 것을 막기 때문에 진정세균을 용혈 시키는데 이용되기도 한다.

 

(2) 고세균

교세균의 세포벽은 슈도펩티도글리칸으로 이루어져 있다. 이는 N-아세틸글루코사민과 N-아세틸탈로사미뉴론산의 결합으로 연결되며 그 사이에 아미노산들이 교차 결합을 형성한다. 진정세균과는 달리 라이소자임이나 페니실린 등에 내성이 있어 용혈 되지 않는다.

 

*그람 양성균과 그람 음성균

1) 그람 양성균

그람 양성균은 펩티도글리칸으로 이루어져 있는 두꺼운 세포벽이 있다. 세포벽에는 테이코산(Teichoic acid)이 나타나기도 한다.

 

2) 그람 음성균

그람 음성균은 펩티도글리칸 층이 얇으며 바깥쪽에는 외막이 있다. 외막에는 지질다당류(Lipopolysaccharide, LPS)가 박혀있다.

 

 

8. 협막과 점액층

협막과 점액층은 일부 원핵생물의 세포벽 바깥에 있는 다당류 성분으로 이루어진 보호층이다. 협막은 세포벽에 밀착되어있는 반면에 점액층은 세포벽 주변에 퍼져있다. 숙주 안에서 식세포의 섭식과 세균이 건조해지는 것을 막고 콜로니를 형성하는 것에도 관여한다.

 

 

9. 내생포자(Endospore)

그람 양성균 중 일부는 불리한 환경에서도 버틸 수 있도록 내생포자를 형성한다. 리보솜과 핵양체가 있긴 하지만 물질대사는 거의 일어나지 않으며 고온을 처리하면 휴면 상태에서 깨어난다.