2장-세균의 구조 세균의 기본형태[구균(알균), 간균(막대균), 나선균 등]를 설명한다.(A)

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1 2장-세균의 구조 세균의 기본형태[구균(알균), 간균(막대균), 나선균 등]를 설명한다.(A)
진핵세포와 원핵세포의 차이점을 이해한다. 2. 세균의 다음 미세구조와 기능을 설명한다.(A) 1) 편모 2) 섬모 3) 아포 4) 협막 5) 세포질막 6) 세포벽 3. 그람 양성균과 그람 음성균의 차이점 (A)

2 세균의 일반적인 특징 및 형태 A) 세균의 일반적인 특징 a) 미세한 단세포 생물 b) 엽록소가 없고 광합성 작용을 못함
c) 견고한 세포벽을 가졌다 d) 세포막으로 둘러싸인 세포내용물은 진핵세포보다 단순, 핵막, 엽록체, 소포체, 유사분열기가 없다. e) 이분법에 의해 증식 f) 인공배지에서 증식 g) 핵물질은 DNA + RNA로 구성 h) 항생제에 감수성이 있음 B) 세균의 형태학 - 구균 ; 단구균, 쌍구균, 팔연구균, 연쇄상구균, 포도상구균 - 간균 ; 간균, 구상간균, 장간균 - 나선균 ; 나선균

3 Shapes of Bacteria Coccus Bacillus Coccobacillus Vibrio = curved
Chain = Streptoccus Cluster = Staphylococcus Bacillus Chain = Streptobacillus Coccobacillus Vibrio = curved Spirillum Spirochete Square Star

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7 Eukaryotes Cell Structure

8 Bacterial Structures

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10 < 미생물의 분류학상 위치 > 진핵 세포(Eukaryote) 동물(animal) 식물(plant) 고등원생생물 → 곰팡이(fungi). Algae(남조류는 제외). Amoeba. 기생충(Protozoa) 원핵세포(Prokaryote) Bacteria 진정세균(Eubacteria) Gram 양성세균 Gram 음성세균 고세균(Archaebacteria) - 병원성이 없으므로 산업화 Chlamydia 또는 환경학에서 연구 Rickettsia

11 1. 진핵세포와 원핵세포의 차이 ✦진핵세포 : 핵구조 (DNA) - Histone 단백질로 구성된 많은 염색체로 구성, 핵막이 있다. 미토콘드리아, 엽록체 존재 세포벽은 없거나 cellulose 또는 chitin질, 협막은 없다. 리보솜- 80S(60S+40S) ✦원핵세포 : 핵막이 없다. 세포벽은 peptidoglycan, protein, lipids 복합체로 구성. 협막은 대부분 있다. 리보솜- 70S(50S+30S)

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13 세포핵, 핵, 핵양체 핵막과 유사분열장지가 없으므로 핵양체라고도 함
내부구조는 광학 현미경, 위상차 현미경, 전자 현미경에 의해 관찰 핵, 즉 염색체는 1mm 정도 되고, DNA(deoxyribonucleic acid)로 뭉쳐 있으며, 매소좀에 부착되어 있다.

14 세포질 3) Plasmids; extra circular DNA Antibiotic Resistance * 리보좀
단백질을 합성하는 작은 입자이며 마이크로솜이라고도 한다. 단백질을 생합성할 때 연쇄상이 되어 폴리솜이 된다. 60%의 RNA와 40%의 단백질로 구성 * 저장과립 영양분을 저장하는 과립: 지질, ply-beta-hydroxybutyric acid, granu-lose, volutin 등이 저장되어 있다. * 플라스미드 -비염색체의 유전물질 -순환하는 이중 DNA 사슬- DNA분자, MW 3 x 106~1 x 108 -해독, 약품 저항 등의 유전적 정보 관장 -항균성의 물질 생성 80% Water {20% Salts-Proteins) DNA is circular, Haploid 3) Plasmids; extra circular DNA Antibiotic Resistance 4) No organelles (Mitochondria, Golgi, etc.)

15 세포막 5-10 nm의 두께, 40%의 지질과 60%의 단백질 및 당으로 구성 기능
a) 반삼투압 장벽 : 세포막에는 작은 구멍이 있음 b) 활동수송 : 신진대사에 필요한 물질 c) 호흡효소 : 고등생물 세포의 미토콘트리아와 유사한 에너지 생산에 관련된 효소 생산 d) 노폐물제거 : 신진대사 중에 생긴 노폐물을 세포 외로 제거 e) 세포벽생합성 : gram +,- 세균의 세포벽 합성에 대한 효소 f) 외효소의 분비 g) 화학주성계에 관여하는 단백질과 수용체 함유

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17 세포벽 외부의 물리적 작용에 대해 저항할 수 있게 견고한 구조 세포벽의 성분과 활성 1) 항생제 감수성
페니실린 : 생성되는 글리코펩티드의 펩티드브릿지 생성을 억제 -> 세포벽의 구성분의 합성이 저지된다. 그람 음성 : LPS와 인지질이 존재하기 때문에 페니실린에 덜 민감함 2) 염색특성의 결정 3)항원성 그람 양성 = 세포벽의 테이코산(Teichoic acid), 그람 음성 = LPS(Lipopolysaccharide 지질다당류)가 주요 항원성분 LPS는 살모넬라 균과 같은 그람 음성균의 세포벽에 많이 포함되어 있으며, 일명Lipid A라 하며, somatic 이나 O 항원이라 한다. 4) 독성 그람 음성균이 파괴될 때 독성물질인 lipid A가 방출되어 숙주조직을 파괴한다. 이 lipid A를 내독소라 함.

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23 3. 그람양성세균과 그람음성세균의 차이점 ① 그람양성균은 peptidoglycan층이 두껍고 외막이 없다. 아포가 있고 세포막간 공간은 없다. ② 그람음성균은 peptidoglycan층이 얇고 외막이 있다.(LPS) 협막 있고 세포막 공간 있다.

24 협막 ( Capsule ) 얇은 막(slime layer)가 견고해진 것 = 협막 • Capsule의 질병에 대한 역할
ⅰ)Virulence, 독성 : capsule의 유무가 병원성과 관계가 깊다. eg. streptococcus pneumonia - capule물질은 WBC의 탐식작용에 대해 저항하기 때문 에 먹히지도 않고 소화도 잘 안됨. ⅱ)Antigenicity, 항원성 : 대부분 capsule물질→ 항체,형성자극 ⅲ)백신준비: capsule의 유무는 백신의 효과에 관계가 있다. eg. Bordetella pertusis - PhaseⅠ (cap+) ; high PhaseⅡ (cap-) ; low

25 Flagella(편모) Flagella = 세균의 운동기관; 0.01-0.02μm × 3-12μm
단백질로 구성, 재생력이 강하여 결손시 3~6분 안에 회복 • 편모 형태에 따른 균 분류 ⅰ)Atrichous bacteria (무모균) ⅱ)Monotrichous bacteris(단모균), eg.Vibrio ⅲ)Lophotrichous bac. (충모균), ), eg.Pseudomonas ⅳ)Amohitrichous bac. (양모균, eg.Spirilla ⅴ)Peritrichous bac. (주모균), eg.Salmonella

26 Mono- or Lophotrichorus

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28 섬모 -중심이 빈 단백질 부속물 -Gram negative균에서 전자 현미경을 통해 관찰됨 -RBC 응집능을 갖고 있음
-성 섬모; E.coli에서 균체의 결합이 일어났을 때 유전자를 주는 균을 male cell, 받는 균을 female cell이라 함. 섬모의 기능 - conjugating cell(접합세포) 접합자 역할 - DNA를 전달하는 통로 역할 - 동물의 장(장점막)에 부착하는 역할

29 F-Pilus for Conjugation
Chapter 4

30 아포, Spore (내생포자) - 번식형(영양형)균주 아포로의 변환을 "sporogen-esis" 혹은 sporulation“이라 하고, 반면에 이 반대의 과정인 아포에서 번식형 균주로의 변환을 “germination" 이라함. - endospore - bacteria(세균), exospore(외포자, 바깥홀씨) - fungi(곰팡이) - 물리화학적 환경에 고도의 저항성을 지닌다. 100°C에 사멸치 않고 건조, 동결, 소독제, 방사선 소재 등에 저항 - 형태 : 중앙성, 단재성 및 편재성

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32 세균의 항원 - Somatic antigen(균체항원) = O antigen(항원)
Gram -ve(그람음성) ; lipopolysaccharide(리포폴리사카라이드) + protein(단백질) Gram +ve(그람양성) ; protein(단백질) + carbohydrates(탄수화물) - Capsular antigen(협막항원) = K antigen polysaccharide(폴리사카라이드) or polypeptide(폴리펩타이드) - Flagella antigen(편모항원) = H antigen protein(단백질) 40,000 MW - Fimbrial or pilliate antigens(가는털항원) - Soluble antigen(가용성항원) ; extra-cellular toxin(여분의 세포독소) - Spore antigens(아포항원)

33 Ⅰ. 세균의 형태와 배열 1. 구균(Coccus) ◇ 구형, 반월형, 신장형 등의 균을 총칭 - 배열 상태에 따라 분류 - 단구균(Monococcus): 세균 하나가 단독으로 존재 - 쌍구균(Diplococcus): 두 개씩 쌍쌍이 배열 - 연쇄상구균(Streptococcus): 염주알 모양으로 배열 - 포도상구균(Staphylococcus): 포도송이 모양으로 배열 - 사련구균(Tetrads): 사각형 모양으로 배열 - 팔련구균(Sarcina): 8개의 균체가 입방형으로 배열 2. 간균(Bacillus) ◇ 간상 또는 원주상으로 생긴 세균을 총칭 - 장간균(Filamentous bacilli): 간상 세균의 장축이 긴 것 - 단간균 또는 구간균(Coccobacillus): 세균의 장축이 짧은 것 - 방추상간균(Fusiform bacilli): 세균의 양 끝이 뾰족한 것 - 콤마형 간균(Comma shaped bacilli): 콤마같이 생긴 것 - 원주상간균(Bacillus with square ends): 세균의 양 끝이 곧은 원주 모양을 한 것 - 양단둔원균(Bacillus with rounded end): 소시지 모양을 한 것 - 연쇄간균(Streptobacillus): 간균의 양 끝이 서로 연결되어 있는 것 3. 나선균(Spirillium) ◇ S자 모양 또는 나선 모양의 모든 균을 총칭 - 만곡 주기와 회전수에 따라 구분 - 스피릴라(Spirilla): S자 모양을 한 것 - 스피로소마(Spirosoma): 만곡 주기가 큰 것 - 트레포네마(Treponama): 만곡 주기가 중간 정도인 것 - 렙토스피라(Leptospira): 만곡 주기가 짧은 것 ◇ 세포 분열시 세포가 붙는 방법에 따라 구분(미생물의 특성) - 구형모양의 세균 → 일련로 연결되어 사슬모양 → 같은 축으로만 세포가 분열 (예, Streptococcus) - 일정방향 축 없이 분열 → 불규칙한 덩어리 형성(예, Staphylococcus) - 3개의 축으로 분열 → 8개의 세포가 입방체 모양(예, Sarcina)

34 3. 세균의 증식 곡선(Growth curve)
유도기(lag phase) : 새로운 배지에 적응하는 기간(adaptation). RNA 증가(mRNA 증가 →세균 부피증가) 및 효소활성기간 2) 대수증식기(Exponential phase) : 세균 분열기. 세균 generation 측정시기. 세균의 수적 증가. 대사활동 및 효소활성이 극대화된다 (화학적, 물리적 외부인자에의 영향이 가장 큰 시기이므로 항생물질을 투여하는 기간이 된다). 시간은 가장 짧다. 3) 정지기(Stationary phase) ․정지기로 들어가는 원인 : 영양분 고갈 및 대사산물이 방출되어 pH 변화(항생물질이 나오므로 사람에게 유용) 4) 사멸기(decline phase)

35 제7장. 세균의 유전학 염색체의 구조를 설명한다. 돌연변이(mutation)를 설명한다.
플라스미드(plasmid)를 설명한다. 유전물질 전달과정(형질전환, 형질도입, 접합)을 설명한다.

36 1. 유전자 구조 a.  폴리펩티드, tRNA 또는  rRNA를 암호하는 핵산서열을 유전자라 한다. b.  DNA의 주형가닥은 유전정보를 가지고 있어서 RNA 전사물의 합성을      지시한다.

37 염색체의 구조 ① 세균의 유전정보는 핵 속의 염색체(chromosome)를 구성하고 있는 주성분인DNA에 들어있다.
② 또한 염색체 이외의 것으로는 세포질성의 유전자인 플라스미드plasmid가 있다. ③ 유전자의 화학적 본체는 DNA이다. 세균의 핵은 DNA로 만 된 염색체이며, 다수의 유전자로 구성되어 있다. ④ 염색체는 2개의 DNA chain으로 되어 있고 각 chain은 극히 다수의 nucleotide가 연결되어 있으며 nucleotide에는 4종의 염기로 adenine, guanine, cytosine 및 thymine을 가지고 있다. ⑤ 2개의 DNA chain은 adenine : thymine, guanine : cytosine의 수소결합으로 쌍으로 연결된 이중나선구조를 하고 있으며 여기에 유전자가 일정순서로 배열되어 있다. 유전자 배열을 표시한 것이 염색체 지도(chromosome map)이며, 대장균의 경우 약 5,000~6,000개의 유전자로 구성되어 있다.

38 ◎ 유전(heredity) ~ 양친의 형질이 후대에 전달되는 현상
․세균의 증식 : 이분법(binary fussion) → 1 generation time(doubling time) : 15 ~ 20분 ◎ 변이 (variation or mutation) ~ 양친의 형질이 자손대에서 변화 ① Phenotypic variation(표현형 변이) : 환경의 영향으로 자기 대에서만 변이가 일어나고 다시 다음 대에서는 정상으로 되돌아가는 변이 (∴유전자의 변화는 없다) ② Genotypic variation(유전자형 변이) 돌연변이(spontaneous variation) : 무작위적 유전자 변이. 불가역적. 유전자 DNA의 nucleotide의 염기배열의 변화가 있고, 그 기능에 변화를 일으킨 경우. 유도변이(inducible variation) : 인간이 인위적으로 변이를 유도하여 실 생활에 유리하도록 한 변이 ex) 유전공학 등에서 많이 이용

39 세균에서 볼 수 있는 변이 : 예를 들어 Salmonella sp.의 경우 계속적으로 계대배양(subculture)을 하다보면 그 집락의 형태가 병원성인 smooth type에서 비병원성인 rough type으로 변하게 된다. 이와 같은 colony 형태가 변화하는 것을 SR변이(S→R)라 한다. 이것은 O․K․H 항원 중 어느 하나는 변화한 것을 의미하는데, 즉 SR 변이는 필연적으로 항원성 변이를 수반하는 것이다. ① 집락의 형태변화 : S→R변이 ② 항원구조의 변이 : O→Ф변이, O. H→ O변이, V→W변이 ③ 생화학적 성상의 변이 ④ 저항성의 변이 ⑤ 독력의 변이

40 2) 세균에서 볼 수 있는 유전현상 ① 형질 전환(transformation) : 1940년대 Avery라는 사람이 최초로 발견한 것으로 한 세균주의 DNA 추출물을 다른 세균주에 인공적으로 전입시켜 세균의 형질을 바꾸어 버린 방법으로 이를 통해 DNA가 생명의 본체임을 밝혀냈다. 결국 형질전환이란 병원성을 지니고 있던 세균의 DNA가 동종의 변이된 세균의 DNA에 흡수되어 형질이 전환되는 현상이다 ② 접합(conjugation) : pili가 있는 섬모충류에서만 볼 수 있는 수정현상으로, 두 세균 사이에서 섬모의 접촉으로 인해 plasmid가 이동되는 현상 ③ 형질도입(transduction) : 그 형질이 bacteriophage에 의해 다른 세균체로 도입되는 현상

41 < DNA 형질전환 >  형질전환은 환경에 노출된 DNA가 형질전환이 가능한 세포에 흡수되어 그 세포의 유전체에 삽입되는 것을 말한다.       

42 유전물질의 전달방법은 접합, 형질전환, 형질도입과정을 통해 이루어 진다.
접합은 F 섬모에 의한 세균의 직접적 접촉을 통해 유전자가 이동하는 것이다.

43 <세균 접합> F+ ｘ F-  교접은 F 인자만 이동하고 숙주 염색체는 보통 이동하지 않는다. Hfr 균주는 F 인자가 숙주 염색체에 삽입되면서 생긴다. 이 균주는 세균 유전자를 옮기며 완전한 F 인자의 이동은 일어나지 않는다. F 인자가 Hfr 염색체를 빠져나올 때 때로 세균 유전자 일부를 가지고 나오는데 이를 F` 플라스미드라고 한다. 플라스미드는 접합과정에서 가지고 나온 유전자를 다른 세균으로 이동한다.       

44 < 형질도입 >       세균 바이러스 또는 박테리오파지는 증식 하고 숙주를 파괴할 수 있고, 숙주에서 잠재적 프로파지로 있을 수 있다.       형질도입은 바이러스에 의한 세균 유전자의 이동현상이다.       일반형질도입에서는 모든 숙주 DNA의 조각들이 파지에 포장되어 이동될 수 있 다. 온건성 파지는 프로파지가 유도될 때 가지고 나온 세균의 특수한 유전자를 다른 세균으로 옮기는 특이형질도입을 수행한다.

45 2. 플라스미드plasmid ; 세균의 유전자에는 염색체적인 것과 염색체 외의 세포질성인 것이 있는데 후자인 세포질성(염색체외)유전자를 가지고 있는 것. Plasmid중에서 항균제에 내성을 지배하는 것이 있는데 이것을 R plasmid라고 한다. 플라스미드에 의해 내성세균이 전달된다.

46 < 세균 플라스미드 >        플라스미드는 작고, 구형이며, 독립적으로 복제하는 DNA 분자로 숙주          염색체와는 따로 존재한다. 이들의 유전자가 숙주의 생존에 반드시          필요한 것은 아니다. 에피솜은 숙주 염색체에 삽입될 수 있는          플라스미드를 말한다.       F 인자, R 인자, Col 플라스미드, 독성 플라스미드, 대사성 플라스미드         와 같은 다양한 플라스미드가 발견되었다.