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미생물이야기 생명의 기본 단위
2013-08-07 11:32:28
이엠생명과학연구원
생명의 기본 단위

 

유전정보(DNA) + 발현기구(Enzyme etc.)작은 크기(약 1-100 µm) : 표면적-부피 가설, 물질이동과 최소 필요 공간(복잡한 세포는 크다)
아메바 약 300 µm, 포도상구균 1 µm, Micropasma 0.15 µmVirus는 세포 개념으로는 생명체논란
(유전정보, DNA/RNA) + (단백질 껍질), 다른 세포에 유전정보 발현기구 이용

 

 

 

(1) 세포 구조

 

세포벽 : 유무, 성분에 따라 생명체를 분류, 분리 가능.
    식물(cellulose), 균류(chitin etc.), 藻類(cellulose, chitin etc), 세균(펩티도글리칸)
    포도당이나 유사체가 베타결합, 동물과 원생동물에는 없음.

 

세포막 : 생명체와 외부 환경 분리, 선택적 물질 이동
    인지질의 이중층, 유동 모자이크 모델(유동적인 인지질 막에 단백질 효소가 떠 있다)
    세포막에 위차한 단백질은 물질 이동과 외부 화학 신호 감지와 전달에 관련된 효소

 

: 인지질 bilayer로 세포질과 구분, 핵공을 통해 세포질과 연결, 유전물질 DNA 위치
    DNA는 히스톤 단백질과 염색사를 이루고 세포분열시 응축되어 염색체로 나타난다.

 

세포질 : 70% 물 20%는 단백질/효소, 세포소기관 존재

 

미토콘드리아 0.2-0.5 µm, 내외의 이중막, 주름진 내막 안쪽 표면에 ATP 합성 효소 위치
 별도의 유전자와 발현기구(DNA, RNA, 리보솜)를 갖고 세포와 별도로 자기복제, Power plant

 

엽록체 광합성을 담당하는 세포소기관으로 시아노박테리아(광합성세균)가 진화 초기에 원시 진핵세포 안으로 들어와 내부공생하게 되었다는 설이 유력.

 

리보솜 rRNA와 단백질로 된 2개의 소단위체로 구성. 유전발현 핵심 기구, 0.02-3 µm
단백질 합성 장소, 소포체 부착 리보솜(분비 단백질 생산)과 세포질 내에 유리된 리보솜이 있다.

 소포체 인지질 이중막으로 주머니와 관 모양의 복잡하게 얽혀진 연결망을 이룬다. 효소에 의해 생성/흡수된 물질을 이동하는 경로, 조면소포체(리보솜부착, 단백질 합성 후 이동, 분비)와 활면소포체(리보솜이 없고 비단백질 산물을 합성, 이동, 저장)가 있다. 골지체 여러 층으로 보이는 막 구조, 합성 단백질 가공하여 세포질로 분비. 리소솜(Lysosome) 골지체에서 만들어져 나간 한 겹의 막으로 둘러 싸인 공 모양으로 가수분해효소를 담고 있다. 섭취된 유기물 소화나 세포 내 물질 분해에도 사용. 기타 미세섬유, 미세소관 등  핵이 없는 원핵세포는 더 단순한 세포구조를 보인다.세포벽 원핵세포 생물인 세균류는 펩티도글리칸 성분의 세포벽을 대부분 지닌다.세포막 물론 있어야하며 크고 복잡하고 진화된 진핵세포 내의 막(미토콘드리아, 엽록체 등에 위치한 효소는 여기에 위치한다. 광합성 세균의 광합성 효소는 (변형)세포막에 위치. 핵막이 없으므로 없고 유전물질 DNA는 Nucleoid 로 불리는 뭉쳐진 상태로 있다. 대부분 세균류는 작은 원형의 보조 유전자인 플라스미드를 갖는다.세포소기관 기능이 분화된 뚜렷한 세포소기관은 없다. 리보솜은 세포질에 존재하고 여러 개가 연결된 폴리리보솜 형태도 있다.

 

 

(2) 세포 분열

 

 

무사분열 : 원핵세포유사분열 : 진핵세포체세포분열(Mitosis) 세포주기에 따라 생장과 분열 또는 분열 중지를 한다.간기 G1(세포생장에 필요한 단백질 등 합성), S(DNA 합성), G2(세포분열 준비) 즉 유전자와 이의 발현기구를 복제하여 2배로한다. 이제 나누어 갖기만 하면 된다.분열전기 DNA/염색사는 꼬이고 응축되어 염색체로 나타난다. 염색체는 세포로 나눠져 염색분체를 이룬다. 중심체, 방추사가 형성된다.분열중기 염색체가 적도면에 배열하고 방추사는 염색체 동원체(Centromere)에 연결된다.
분열후기 방추사에 의해 염색분체는 나뉘어 양극으로 이동된다.분열말기 염색체는 풀려 염색사를 이루고 핵막이 생성되고 이어 세포질 분리가 일어난다. 염색체 수는 분열 전과 동일하다(양은 1/2).감수분열(Miosis) 생식세포에서만 일어난다. 염색체 수를 반으로 줄이어 생식을 가능케 하고 상동 염색체 교차로 유전적 변이와 다양성을 증가.제 1분열상동염색체(부계 + 모계) 끼리 짝을 이루어 4분염색체(염색분체가 4개)를 이룬다. 중여한 점은 상동염색체 사이에 교차(Cross-over)가 일어나 부계와 모계의 유전자 교환이 이루어진다. 염색체는 나뉘어지며 따라서 염색체 수는 1/2이 된다.제 2분열 반수세포는 다시 분열(체세포분열과 비슷)하여 모두 4개의 반수세포를 갖는다. 사람의 경우 난모 세포 중 하나만 크게 분열되어 난자를 만든다. 세포분화(Cell differentiation) - 발생(Development)줄기세포(Stem cell) - 배아줄기세포, 체세포줄기세포1) 미분화 세포(undifferentiated cell)
2) 자기재생(Self renewal)
3) 비대칭분열(Asymmetric division)
4) 분화능력A. 단일 분화능력(unipotency)
B. 다원 분화능력(pluripotency)
C. 분화전능(totipotency)

 

 

 (3) 세포에 따른 생물 분류

 

'Whittaker'의 5계 분류  菌類(곰팡이, 버섯류 포함) - 종속영양 생물이며 박테리아처럼 유기기물을 세포 박에서 분해하여 섭취한다. 큰 특징은 균사를 이루며 포자를 형성하는 것이다. 세포 분화가 제대로 이루어지지 않아 다세포 생명체보다는 단세포 생명체에 근사하다 할 수 있다.원생생물 - 종속영양성의 진핵 단세포 동물인 원생동물이 있고 광합성을 하여 독립영양성인 藻類(algae, 단세포 식물플랑크톤)가 있다.모네라 - 원핵 박테리아 종류 말하며 영양을 취하는 방법에 따라 독립영양 세균(광합성 세균 + 화학합성 세균)과 종속영양 세균으로 나눌 수 있다.생물학이 개체 -> 세포, 미생물 -> DNA로 연구 분야가 옮겨진 것처럼(이 부분은 생물의 과학화에 크에 기여) 생물 분류도 이렇게 생각해보면,개체 레벨 분류는 과거에 동물과 식물 그리고 후에 현미경 발달에 따른 원생생물(작은 단세포)의 3界에서 일반적인 5분류로 어어진다. 지금은 특정 유전자 분석과 비교에 의한 계통발생학적 분류가 연구되고 진전되었다. 이에 의하면 하위 단위가 생물 다양성이 더욱 크며 중요도가 커진다.
(3) 유전자 비교 분석에 따른 지구 생명체 분류

 

 

'Woese'의 3 도메인 분류

 

 

 

생물군(Domain)

계(Kingdoms)

주요 멤버

진정세균군(Bacteia)

 

자색균. 녹색유황균. 방선균,포자형성균,
시안세균 (Cyanobacteria)

시원세균군(Archea)

Euryarcheota

초고온성균, 메탄생성균

Crenarcheota

고온성호산성균

진핵생물군(Eucarya)

원생동물계

섬모충, 편모충, 아메바, 점균류 등

Chromista(藻類界)

난균류, 藻類

균계(Mycota)

자낭균류, 불완전균류 등

동물계

선충류, 어류, 포유류 등

식물계

 

Achaezoa
(원시원생동물계)

 

 




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