Chapter 5 미생물 생장과 생장 조절

I. 세균의 분열 5.1 세포생장과 이분법 5.2 Fts 단백질과 세포분열 5.3 MreB와 세포형태 5.1 세포생장과 이분법 5.2 Fts 단백질과 세포분열 5.3 MreB와 세포형태 5.4 펩티도글리칸 생합성

5.1 세포생장과 이분법 생장(growth): 세포 개수의 증가(increase in the number of cells) 이분법(binary fission): 세포가 최소 크기 의 두 배까지 확장된 후 이루어지는 세포 분열(그림 5.1) - 격막(septum)형성 세대시간(generation time): 미생물 세포 수가 두 배가되는데 필요한 시간 세포분열 동안, 각 딸세포는 독립된 세포 로서 존재하기 위하여 염색체와 모든 기타 세포성분의 충분한 복사본을 받는다

5.2 Fts 단백질과 세포분열 Fts (filamentous temperature-sensitive) 단백질 (그림 5.2) 모든 원핵생물에 필수적임 Fts 단백질들은 분열체(divisome)를 형성하기 위해 상호작 용 (세포분열 장치) FtsZ: 세포 중심부 주위로 환 형성; 투불린(tublin)과 연 관 - FtsA, ZipA 등 분열체 구성 단백질을 끌어모음 ZipA: FtsZ 환과 세포막을 연결시키는 닻 FtsA: FtsZ 환과 막을 연결하는 것을 도와주고 액틴 (actin)과 연관된 다른 분열체 단백질들을 모음 FtsI: 펩티도글리칸 합성에 관여하는 penicillin-binding protein FtsK: 염색체의 분리를 도와주는 단백질

5.2 Fts 단백질과 세포분열 DNA 복제는 FtsZ 환이 형성되기 전 이루어짐 FtsZ 환의 위치화는 Min 단백질들에 의해 촉진 MinC, MinD, MinE 들이 상호작용하여 FtsZ를 중간 지점에 위치시킴 MinD는 세포막내부 표면에서 나선형구조를 형성 하고, MinC가 세포막에 위치하게 도와준다. MinD 나선은 생장하는 세포의 긴축을 따라 앞뒤로 진동하면서 FtsZ환 형성을 막아 세포분열을 억제한 다. MinE도 극과 극을 왕복하면서 MinC와 MinD를 한 쪽으로 밀어내는 역할을 한다. 따라서 MinC, MinD가 세포 끝에 머무므로 중심부 에는 농도가 낮아 FtsZ가 자리 잡을 수 있게 한다. 결국 Min단백질들이 세포분열이 가운데에서 일어 나게 한다. FtsK 단백질은 염색체가 딸세포로 분리되는 것을 조절

5.2 Fts 단백질과 세포분열 대장균의 chromosomal DNA가 bidirectional replication했을 경우 완 전히 복제하는데 걸리는 시간이 40분 대장균의 배양 조건이 좋으면 20분 마다 분열 하는 현상을 어떻게 설 명할 것인가? Multiple DNA replication fork!!

5.3 MreB와 세포형태 MreB: 원핵생물에서 주요 형태(모양) 결정 요소 세균과 고세균에서 단순 세포골격 세포막 아래 세포내부 주위로 나선형의 띠 형성 (그림 5.5a 와 b) mreB mutant는 구형 구형세균에서는 볼 수 없음 새로 합성되는 펩티도글리칸에 MreB 나선구조가 결합되어 있는 것으로 보아, 세포가 생장하는 동안 막대형 세포의 긴 축을 따라MreB가 새로운 세포벽 합 성이 일어나게 하는 것 같음

5.3 MreB와 세포형태 크레센틴(Crescentin): Caulobacter crescentus 의 비브리오–형 세포에 의해 생산되는 형태- 결정 단백질 크레센틴(Crescentin) 단백질은 곡선형 세포의 오 목한 부위에 위치한 약 10 nm 넓이의 사상으로 됨 (그림 5.5c)

5.3 MreB와 세포형태 대부분 고세균 유전체는 FtsZ와 MreB-유사 단백질을 가짐; 따라 서, 세포형태는 세균에서 관찰되는 것 과 유사

5.4 펩티도글리칸 생합성 새로운 세포벽 재료의 생산은 세포분열의 주요 특징 구형에서, 세포벽은 FtsZ 환으로부터 반대방향 바깥쪽으로 생장 막대형 세포에서, 생장은 세포의 길이를 따라 여러 지점에서 일어남

5.4 펩티도글리칸 생합성 기존의 펩티도글리칸은 새로이 합성되 는 펩티도글리칸이 형성될 수 있도록 잘라질 필요가 있음 (그림 5.6) FtsZ 환에서 시작하여, 벽에 있는 작은 구멍들이 자가용해소 (autolysin)에 의해 만들어 짐 새로운 세포벽 재료는 구멍을 횡단 하여 더해짐 벽띠(Wall band): 새로운 펩티도글 리칸과 오래된 것 사이의 접합부

5.4 펩티도글리칸 생합성 박토프레놀(Bactoprenol): 펩티도글리칸 전구체의 삽입에 주요 역할을 하는 운반체 분자 N-아세틸글루코사민/N-아 세틸뮤람산/펜타펩티드 펩 티도글리칸 전구체에 결합 세포막을 통과할 수 있을 정도의 충분한 소수성을 제 공하여 세포막을 가로질러 펩티도글리칸 전구체를 수 송한다

5.4 펩티도글리칸 생합성 Transglycolases: 박테프레놀 과 상호작용하는 효소 (그림 5.8a) 세포벽 전구체를 세포벽 의 생장 기점으로 삽입 배당결합 형성 촉진 펩티드전달반응 (Transpeptidation): 세포벽 합성의 마지막 단계 (그림 5.8b) 이웃한 글리칸 사슬에 있 는 뮤람산 잔기 사이에 펩티드 횡단-결합 형성 항생제 페니실린에 의해 억제