2. 미생물의 구조 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 유지 - 화학고정액 사용-> 단백질, lipid, 탄수화물과 반응 -> 분자활성 정지 -> 불용화, 고정화 - Ethanol, Acetic acid, Formaldehyde, Glutaldehyde

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..) - bacteria 표면 -> negatively charged * 산성염료 (acid dye) - Eosin, Rose bengal, Acid fuchsin - negatively charged group (carboxyl, phenol) - 세포의 양전하부분에 결합 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) Gram+(purple)

Gram staining protocol

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

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) -> staphylococcus * 간균(bacillus, bacilli):막대모양 (C) - 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 um * 극미세세균 : 0.2um 이하

2. 미생물의 구조 다양한 원핵세포 모양 a: 방선균, b:무정형세균, c:나선균, d:균사형, e:네모형, f: 줄기형 부착기관

2. 미생물의 구조 그람양성균의 기본구조

2. 미생물의 구조 2-2. 세포막 - 지질이중층(인지질) - 단백질과 지질로 구성 -> peripheral protein, -> integral protein - 기능 -> 형태유지, 투과장벽, 대사작용, 수용체분자

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 * gas vacuole - 내부 공기주머니 - 부력제공 -> 미생물 이동 조절 * ribosome - 단백질 + RNA의 복합구조 - 단백질합성 -> 세포질내 ribosome -> 세포내재 단백질 세포막 부착 ribosome ->세포외 분비 단백질 - 70S ribosome (진핵세포 : 80S)

원핵세포 세포질구조

원핵세포의 inclusion body Bacillus megaterium PHB : Polyhydroxybutyrate PP : Polyphosphate Cyanobacteria

원핵세포 ribosome 구조

2. 미생물의 구조 핵양체 2-4. Nucleoid (핵양체) - 유전물질 보관 장소 - 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 - 이종 세균에 침입가능 핵양체 a:분열중의 핵양체, b:E.coli의 핵양체 c:분열중인 E.coli 핵양체 모형

2. 미생물의 구조 2-5. 세포벽 (cell wall) - 단단한 껍질 - 세포의 모양유지 - 병원성의 원인(일부) - Peptidoglycan 이 주성분 -> gram+ : 2 층 -> gram- : 3 층

Peptidoglycan 구조 Peptide 와 다당류의 연결구조 Peptidoglycan 구조모형 NAG : N-acetyl glucosamine NAM : N-acetyl muramic acid

원핵세포 세포벽 구조 Gram + Gram -

2. 미생물의 구조 2-6 세포외부 구성요소 1) Capsule(협막) - 조직화되어 있으며 세포에 부착되어 있음 - 숙주식세포의 식균작용으로부터 보호 - 물분자 포함 -> 건조방지 - 소수성 독성물질 침투방지 ex) detergent - 일반적으로 다당류로 구성 2) Slime layer - 넓게 퍼져 있으며 특정구조 없음 - 쉽게 제거 가능 3) Glycocalyx - 세포표면에서 외부로 퍼져있는 다당류의 망상구조 - 세포의 부착(고체, 조직)을 도와줌

원핵세포 capsule, glycocalyx 구조 염색된 capsule (Klebsiella pneumoniae) Bacteroides 의 glycocalyx

2. 미생물의 구조 4) Fimbriae - 얇고 운동성과 관계없음 - 고체부착 관련 5) Pili (Sex pili, pilus) - 1-10개/cell - 세균접합과정에 관여 -> 유전정보 전달 - fimbria 보다 크다 6) Flagella(flagellum, 편모) - 세포운동에 관여 - 15-20um - 단성편모, 군모성편모, 주모성편모 - 극성편모, 양극성 편모 Fimbria와 flagella a: 단성편모 b: 군모성 편모 c: 주모성 편모

편모의 세부구조 a: Gram - b: Gram +

2. 미생물의 구조 * 원핵세포 구조와 기능요약

2. 미생물의 구조 3. 진핵세포의 구조와 기능 3-1 기본특징 Organelles and membrane -> 세포내 특정기능 담당 -> 세포질의 공간적 분리 -> 생화학적 생리적 기능분리 -> 기능의 동시 수행 -> 기능의 조절과 연계 -> 물질이동수단 Organelles and membrane

진핵세포구조 W:cell wall, N:nucleus, M:mitochondria ER: 소포체, V:vacuole, GA:골지체, LD:lipid droplet PL:lysosome, F:미세섬유

2. 미생물의 구조 3-2 세포질, 미세섬유, 미세소관 1) 세포질(cytoplasmic matrix) - 세포생명현상의 기본 매질 - 생화학반응 수행 -> 높은 단백질 농도 -> pH 6.8 - 7.1 2) 미세섬유(microfilament) - 세포질전체에 퍼져 망상구조 or 평행구조 형성 - 세포운동, 형태변화에 관여 -> 액틴단백질로 구성 3) 미세소관(microtubule) - 세포형태유지 -> 미세섬유와 연계 - 세포의 움직임 -> - 세포내 물질이동 -> 유사분열 시 방추사 4) 중간섬유(intermediate filament) - 1), 2), 3)과 얽혀 세포골격(cytoskeleton)형성

진핵세포의 미세소관 a: 포유류세포의 미세섬유 b: 포유류세포의 미세소관

2. 미생물의 구조 3-3 소포체(endoplasmic reticulum, ER) - cisternae 구조의 막성소관 -> 조면소포체(rough ER, RER) - 분비단백질 합성소포 - ER 바깥쪽에 ribosome 부착 -> 내부로 단백질 합성후 다른 곳에 운반 -> 활면소포체(smooth ER, SER) - 지방질 합성소포 - ribosome 없음 - 물질의 합성과 운반 - 세포막 합성 및 운반

2. 미생물의 구조 3-4 골지체(Golgi body, Golgi apparatus) - cisternae 구조의 막성소관 -> 4-8개의 겹쳐진 막성주머니 - 리보솜 결합되지 않음 - 소포체와 연결 물질의 수송에 관여 - 세포막의 합성과 수송 -> lysosome 합성

진핵세포 골지체와 물질수송

2. 미생물의 구조 3-5 리소솜(Lysosome) - 둥근공 형태의 단일막 구조 - 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 역할 -> Phagocytosis(식세포작용): 큰 입자나 미생물의 흡입 phagosome 형성 -> Pinocytosis(음세포작용): 작은 용질 흡입 pinosome 형성 * primary lysosome: 새로 형성된 리소솜 * secondary lysosome: endosome 과 결합된 lysosome * autographic vacuole: 자신의 세포질을 분해하기 위해 형성된 endosome Endosome

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

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 40S 80S

진핵세포 polyribosome 구조

2. 미생물의 구조 3-7 미토콘드리아(mitochondria) - 세포내의 발전소 -> 에너지 생성 - 전자전달, 산화적 인산화, TCA회로 - 이중막구조 -> 내막: 전자전달, 산화적 인산화 -> 외막: TCA회로, 지방산 산화 - 자체의 ribosome, DNA 존재 -> 자체단백질 합성

2. 미생물의 구조 3-8 핵(nucleus) - 유전정보 보관 - chromartin(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)

2. 미생물의 구조 3-9 세포의 표면구조 - 세포벽 없음 -> 지질이중층의 스테롤성분 -> 막을 견고하게 유지 예외) 조류(algae)의 세포벽 -> 화학구조는 단순 - 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

진핵세포 섬모,편모구조

원핵세포와 진핵세포의 비교