세포의 구조를 중 세포벽 외부 구조물, 세포벽, 세포막에 이어 마지막으로 세포질에 대해 찾아 정리해 보겠습니다.세포질에는 다양한 부속기관과 배경물질이 함유되어 있습니다. 그리고 그 외에 세균포자라고 하는 특별한 부속에 대해 알아보겠습니다.
세포질의 구성과 특징
| 세포의 형태 및 그에 따른 분류 |
모양과 크기 | 구균 간균 나선균 다형성 |
| 배열 | 쌍구균 연쇄구균 포도구균 기타 |
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| 그람염색 | 그람양성/그람음성 | |
| ★구조 | 세포벽 외부 구조물 | |
| 세포벽 | ||
| 세포막 | ||
| 세포질☆ |
4) 세포질
세포질은 DNA로 이루어진 핵양체와 리보솜, 대사물질, 다양한 이온 등을 포함하고 있는 핵양체 주위의 무정형 성분으로 이루어집니다.
①핵물질 혹은 핵양체(nucleoid): 세균의 DNA는 단단하게 말아진(supercoiled) 원형의 염색체로, 균종마다 다양한 수의 유전자를 가지고 있습니다. 세포분열이 일어나면 DNA의 한 고정된 지점으로부터 양방향으로 반보 존 적(semiconservative)복제가 시작됩니다.
②리보솜(ribosome): 리보솜은 단백질을 합성하는 장소입니다. 세균의 리보솜과 진핵세포의 리보솜은 크기와 조성이 다릅니다. 세균의 리보솜 단위는 70S이며 진핵세포의 리보솜 단위는 80S입니다. 이러한 차이는 사람의 단백질 합성에는 영향을 주지 않으면서 세균의 단백질합성만을 저해하는 항생제의 선택적 작용의 바탕이 됩니다.
③세포질 포함물(inclusion): 세포질에는 에너지 저장고 역할을 하는 여러 가지의 포함물이 있는데 polymetaphosphate(=폴리메타인산, 인산의 저장과 무기인산 생성에 관여하는 것으로 추측), 다당류(가수분해하면 단당이 됨), β-hydroxybutyrate(=베타 하드록시부티르산, 지방산의 산화에 의해 생성된 케톤체 중 하나로 알려져 있음) 등이 있습니다.
5) 세균포자(spores)
세균포자(아포)를 만드는 세균은 제한적이긴 하지만 기억할 필요가 있습니다. 의학적으로 유의미한 세균들을 포함하고 있는 Bacillus 속(예; 탄저균)과 Clostridium 속(예:파상풍균과 보툴리즘균)의 세균들은 생존환경이 좋지 않을 때 포자라고 하는 것을 만드는데, 특히 이 세균들은 탄소나 질소를 공급하는 영양소가 부족할 때 포자를 만듭니다. 모든 세균이 포자를 형성하는 것은 아닙니다. 하나의 포자는 하나의 영양세포로부터 만들어지며 DNA, 소량의 세포질, 세포막, 펩티도글리칸, 약간의 수분, 그리고 두꺼운 각질(keratin) 같은 외피를 가지고 있습니다. 포자의 외피는 calcium dipicolinate(CaDPA)의 함량이 높으며, 열/탈수/방사선조사 및 화학제제에 높은 저항성을 나타낸다. 이러한 특징으로 여러 연구나 임상에서 생체지표(biomarker)로 쓰일 수 있습니다. 형성된 포자는 대사적으로 활성이 없으며, 수년 간 휴지상태에 머물러 있을 수 있습니다. 포자는 세포벽에 대해 만들어진 위치에 따라 '말단(terminal)' 혹은 '아말단(subterminal)' 포자로 부릅니다. 습도나 영양분 등 적합한 환경이 만들어지면 효소의 작용에 의해 포자외피가 분해되고, 포자는 대사와 증식이 가능한 세포로 바뀝니다.
(*포자형성의 주기: 영양세포 상태-세포막이 안으로 자라기 시작-포자의 전구체, 즉 포자모양이긴 하지만 세포 막과 연결된 forespore형성- 점점 성숙하여 forespore가 원형질로부터 완전히 분리됨-피질과 keratin포자외피 형성-포자방출-알맞은 조건에서 포자가 영양세포로 전환.)
포자는 열과 화학제제에 대한 높은 저항성을 갖고 있기 때문에 임상적으로 매우 중요합니다. 끓여서는 포자를 쉽게 멸균할 수 없으며 수술이나 치료에 필요한 물건의 멸균을 위해서는 증기압력멸균법(autoclaving)과 같은 방법이 필요합니다. 세균 포자의 이러한 특성 덕분에 이를 증기 멸균기의 멸균 효과를 평가하는데 이용할 수 있으며 Bacillus stearothermophilus를 비롯한 몇 가지 다른 Bacillus 종의 포자가 이러한 목적에 이용되고 있습니다.
*Bacillus species
Bacillus 속에는 거의 50종의 아포성(포자성) 그람 양성의 사슬을 형성하는 간균이 포함됩니다. 대부분은 토양에 기생하며 특히 두 종 B.antracis와 B.cereus 는 인간에 높은 이환율을 보입니다.
①Bacillus antracis-B. antracis의 포자는 토양에서 수 십 년간 생존할 수 있습니다. 사람은 우연이 감염되는데, 감염은 포자가 피부의 찰과상 부위를 통해 들어오거나 흡입에 의해 이루어집니다. Bacillus antracis의 감염은 패혈증과 사망을 초래할 수 있습니다. 폐탄저(woolsorter’s disease, 양모업자병)는 아포의 흡입에 의해 발생되는 치명적인 폐렴입니다. 세균 협막(capsule)의 polyglutamic acid는 인간 몸의 면역작용인 식작용을 방해합니다.
② Bacillus cereus-B. cereus는 오염된 쌀로 조리한 음식을 먹었을 때 식중독을 일으킬 수 있습니다. 특히 식당이나 배달음식을 먹을 때 주의해야 한다고 알려져 있습니다.
③Bacillus stearothermophilus 및 Bacillus subtilis-이들은 고압증기멸균, ethylene oxide 및 ionizing radiation의 멸균 효능을 검사하기 위한 생물학적 표지로 이용됩니다.