세포의 구조는 크게 4군의 카테고리로, 세포벽 외부 구조물/ 세포벽/ 세포막/ 세포질로 나누어 볼 수 있다고 했고, 지난 글에서는 세포벽 외부의 구조물에 대해 알아보았습니다. 이번 글에서는 이어서 세포벽과 세포막에 대해 공부해 보겠습니다.
[세포벽과 세포막]
| 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 |
2) 세포벽
세포벽은 세균에 견고함을 부여합니다. 세포벽은 세포막 외부에 있는 복합층으로 된 다공성 구조물로써 저분자물질이 통과할 수 있게 합니다. 세포벽의 내부층은 펩티도글리칸(peptidoglycan)으로 되어 있으며, 이를 덮고 있는 외막은 세균의 그람염색 특성에 따라 두께와 화학적 조성이 다릅니다. (글 3 참고)글3참고 ‘펩티도글리칸’이라는 용어는 펩타이드(peptide)와 당류(glycan)에서 유래합니다.
그람양성과 그람음성 세균의 세포벽은 구조와 화학적 조성에 있어 중요한 차이점을 보입니다. 조금 더 자세히 살펴보면, 펩티도글리칸 층은 그람양성 및 그람음성세균에 공통적이지만 그람양성세균에서 훨씬 두껍습니다. 그람음성세균은 지질당(lipopolysaccharide, LPS), 지질단백질, 인지질로 이루어진 복합구조적인 외막을 가지고 있습니다. 이 외막 성분들은 'porin'을 형성하는데 이를 통해 친수성의 분자가 세포 안팎으로 이동할 수 있습니다. 그람음성세균의 외막과 세포질막 사이에는 periplasmic space가 있기도 해서, 어떤 세균은 페니실린과 같은 항생제를 파괴하는 효소를 이 공간에 저장합니다. 그람음성 세균에 있는 LPS(지질당, lipopolysaccharide)는 내독소를 가지고 있습니다. 반면, 그람양성세균은 세포벽에 LPS를 가지고 있지 않기 때문에 내독소를 만들 수 없습니다. 내독소는 발열, 쇼크와 같은 질병의 여러 증상과 관련 있습니다. 어떤 세균(예. Mycobacterium tuberculosis)의 세포벽에는 mycolic acid라는 지질이 들어있는데 이로 인해 그람염색이 되지 않기 때문에 항산성이 있다(acid-fast)고 표현합니다.
2-1) 불완전한 세포벽을 가진 세균
마이코플라즈마(mycoplasma), L-형, spheroplast 및 protoplast 같은 세균은 불완전한 세포벽만으로도 생존할 수 있습니다.
① 마이코플라즈마는 세포벽을 가지고 있지 않으며 생존을 위해 고장액(hypertonic) 배지를 필요로 하지 않습니다. 마이코플라즈마는 자연계에 많이 존재하며 사람의 질병 (예. 폐렴)을 일으킵니다.
②L-형은 대개 실험실을 통해 만들어지며 세포벽이 전혀 없거나 또는 부분적으로 결핍되어 있습니다. 페니실린으로 치료 중인 환자에서 L-형 세균이 만들어질 수 있으며 마이코플라즈마처럼 일반 배지에서 증식할 수 있습니다.
③spheroplast (그람음성세균으로부터 생김)와 protoplast(그람양성세균으로부터 생김)는 세포벽이 없으며 실험실 배지에서는 증식이 안되고 불안정하며 삼투압에 약합니다. 이들은 효소나 항생제에 의해 실험적으로 만들어지며 고장액 배지를 사용하여야 유지가 가능합니다.
3) 세포막
세포막은 세포벽의 펩티도글리칸층 바로 안 쪽에 위치하고 있으며 인지질이중막으로 이루어진 단위막(unit membrane)입니다. 진핵세포의 세포막에는 스테롤이 존재하지만 원핵세포의 세포막에는 없습니다. (유일하게 마이코플라즈마 제외)
세포막은 5가지 주요 기능을 합니다. 제일 중요한 것은 ①세포 안으로 분자의 능동적 수송과 ②반투성(semipermeable) 막을 통한 그 외 영양소들의 수동적 확산입니다. 그리고 ③산화적 인산화에 의한 에너지 생산, ④효소 및 독소의 분비를 담당합니다. 또한 ⑤세포벽 전구체의 합성도 세포막에서 이루어집니다.
3-1) 메소좀(mesosome)
메소좀은 세포막이 둘둘 말려 함입된 부분으로 세포분열이 일어날 때 세포를 반으로 나누는 막의 기원이 됩니다. 메소좀은 딸세포들의 유전물질이 될 DNA가 결합하고 있는 부위이기도 합니다.