원핵 세포. 원핵세포의 구조(핵전) 원핵세포의 기본 해부학적 구조

왕국에 포함된 모든 미생물은 원핵생물 유형의 세포 조직을 특징으로 하며, 이는 미세구조의 특성뿐만 아니라 여러 거대분자의 구조와 기능에 따라 결정됩니다. 알려진 모든 세포 중에서 원핵세포는 가장 단순하며 아마도 약 36억년 전에 발생한 최초의 세포일 것입니다.

현재로서는 어느 시점에서 세포의 진화가 두 가지 독립적인 방향으로 진행된 것으로 추정됩니다. 핵 물질이 외피에 의해 제한되지 않는 원핵생물과 핵 외피가 있는 핵이 형성된 진핵생물이라는 두 그룹의 유기체가 나타났습니다.

원핵생물과 진핵생물의 주요 차이점은 다음과 같습니다.

원핵 세포에는 특수한 세포내 지단백질 막에 의해 세포질로부터 제한된 구획이나 소기관이 없습니다: 소포체(세망), 미토콘드리아, 골지체, 리소좀, 엽록체;

핵양체라고 불리는 원핵생물의 핵 구조는 기공 복합체가 있는 핵 외피를 갖고 있지 않으며 (히스톤 없이) 단백질이 있는 DNA 거대분자로 표현됩니다.

원핵 세포의 게놈은 하나의 원형 염색체로 구성되며, 이는 단일 복제체이고 유사분열로 나누어지지 않습니다.

추가 레플리콘은 원형 플라스미드 DNA 분자로 표시될 수 있습니다.

원핵 세포에는 침강 상수가 708인 한 가지 유형의 리보솜만 포함되어 있으며 일부 리보솜은 진핵 생물에서는 결코 관찰되지 않는 세포질막과 연결되어 있습니다.

원핵생물의 세포벽에는 박테리아에만 나타나는 생체헤테로폴리머인 펩티도글리칸이 포함되어 있습니다.

일부 원핵생물은 진핵생물에서는 발견되지 않는 구조를 가지고 있습니다.

운동성 박테리아는 플라젤린 단백질로 만들어진 특별한 박테리아 편모를 가지고 있습니다.

불리한 조건에서 포자 형성 형태의 박테리아는 안정성 정도가 독특한 휴면 세포 유형, 즉 박테리아 포자로 변형됩니다.

원핵세포는 매우 작습니다. 대부분의 박테리아 세포의 직경은 1μm를 초과하지 않지만 길이는 상당할 수 있습니다. 예를 들어 일부 스피로헤타에서는 최대 500μm입니다. 원핵생물의 크기가 작다는 것은 미세구조에 특화된 막 시스템이 없기 때문에 세포 크기의 증가에 비례하여 세포내 과정을 조정하는 것이 어려운 것과 관련이 있는 것으로 여겨집니다.

세포 구조는 원핵생물과 바이러스를 명확하게 구분합니다. 박테리아 세포 조직의 원시성을 강조하면서, 박테리아 세포는 진핵 세포보다 훨씬 오랜 기간에 걸쳐 자신의 방향으로 진화해 왔으며, 원핵 세포의 진화 능력은 명백히 제한되어 있지만, 그들의 세포 조직은 진화 과정에서 발생했으며, 이로 인해 점차 합병증이 발생했습니다.

여러 가지 특성에서 박테리아는 진핵생물과 근본적인 차이가 있으며, 박테리아의 구조와 기능의 특징을 알면 화학요법 약물의 선택적 항균 작용 가능성을 이해할 수 있습니다. 전자현미경과 미세한 세포화학적 연구를 통해 이들의 미세구조를 연구할 수 있었습니다(그림 1). 박테리아 세포의 필수 구성 요소는 리보솜과 핵양체를 포함하는 세포질을 둘러싸는 세포질막입니다. L형과 마이코플라스마를 제외한 모든 박테리아의 세포에는 세포벽이 있습니다. 다른 구조도 추가되며 캡슐, 편모, 털, 포자, 내포물 등 다양한 종의 형태적 및 기능적 특성을 결정합니다.

쌀. 1. 원핵 세포의 구조 계획 :

/ - 캡슐; 2 - 세포벽; 3 - 세포질막; 4 - 메소솜; 5 - 세포질; 6 - 핵양체; 7 - 플라스미드;

8 - 리보솜 및 폴리솜; 9 - 편모; 10 - 마셨다; 11 - 글리코겐 과립; 12 - 지질 방울; 13 - 볼루틴 과립; 14 - 황 함유물

표면 구조. 캡슐 -이것은 원섬유형 또는 구형 구조를 갖는 다양한 두께의 세포의 외부, 최상부 점액층입니다. 이는 다당류, 뮤코다당류 또는 폴리펩티드 특성을 가지며 최대 98%의 물을 함유합니다. 두께에 따라 마이크로캡슐(두께 0.2마이크론 미만)과 매크로캡슐로 구분됩니다. 캡슐은 세포의 필수 구조 요소가 아닙니다. 캡슐 형성의 생물학적 의미는 식세포 및 바이러스, 독소 및 방사선으로부터 보호; 병원성 박테리아의 면역학적 모방; 낮은 습도 조건에서의 수분 유지; 밀도가 높은 표면에 세포가 부착됩니다.

필리 (fimbriae, villi, cilia) -이것은 길이 0.3-10 미크론, 직경 최대 10 nm의 단백질 특성을 지닌 직선형 원통형 구조로 세포 표면을 고르게 덮고(세포당 최대 수백 개) 운동 기능을 수행하지 않습니다.

기질에 박테리아 세포의 부착을 촉진하는 일반형 필리, 인간 세포(미생물 부착 현상) 및 공여 세포에서 수혜 세포로 유전 물질의 전달에 관여하는 유성 필리가 있습니다. 접합 과정뿐만 아니라 세포에 특정 박테리오파지의 흡착을 유발합니다.

편모 -길이 3~12μm, 두께 10~30nm의 세포 표면에 나선형으로 구부러진 원통형 형태의 단백질(플라젤린 단백질) 형태의 박테리아 이동 기관으로, 기저체(디스크 시스템)에 의해 세포질 막에 부착됩니다. (포함 I 참조). 번호 및 위치

편모의 행동은 다를 수 있으며 종의 특징입니다(그림 2). 모노트리치(끝부분에 편모가 1개 있는 박테리아), 암피트리치(극에 편모가 있는 박테리아), 로포트리치(한쪽 끝에 편모 다발이 있는 세포) 및 페리트리치(세포체 전체에 2~30개의 편모가 있음)가 있습니다.

필리와 편모는 박테리아 세포의 필수 세포 소기관이 아닙니다.

세포벽 -박테리아의 주요 구조 요소 중 하나이며 세포에 기계적 보호를 제공합니다. 마이코플라스마와 L형을 제외한 모든 박테리아의 세포는 세포벽으로 덮여 있으며, 세포벽의 두께는 종에 따라 0.01~14 마이크론으로 다양합니다. 치밀한 탄성구조입니다 -

쌀. 2. 박테리아의 주요 형태(A. A. Vorobyov et al., 1994에 따름):

/ - 포도상 구균; 2 - 연쇄구균; 3 - 사르신; 4 - 임균;

5- 폐렴구균; 6- 폐렴구균 캡슐; 7- 코리네박테리움 디프테리아; 8 - 클로스트리디아; 9 - 간균; 10 - 비브리오스; 11 - 스피릴라; 12 - 트레폰종; - 보렐리아; 14 - 렙토스피라; 15- 방선균; 16 - 편모의 위치: ㅏ -단일 리치; 비 -로포트리치; c - 양서류; g - 위험한

py는 세포의 원형질체를 둘러싸고 영구적인 모양과 강성을 부여합니다. 세포벽은 저장성 환경에 들어갈 때 세포의 삼투압 팽창과 파열을 방지합니다. 물, 기타 작은 분자, 다양한 이온은 세포벽의 작은 구멍을 쉽게 통과하지만, 단백질과 핵산의 큰 분자는 통과하지 못합니다.

세포벽의 주요 화학 성분은 N-아세틸글루코사민과 M-아세틸무라믹산 잔기가 교대로 β-1,4-글리코시드 결합으로 연결된 사슬로 구성된 특정 헤테로폴리머인 펩티도글리칸(무레인, 뮤코펩타이드, 글루코사미노펩타이드, 글리코펩타이드)입니다. . 이는 박테리아의 외피 구조를 진핵생물의 구조와 뚜렷하게 구별하고 항균 화학요법에 사용되는 박테리아의 "아킬레스건"을 생성합니다.

세포질의 조직. 세포질막(CM) 이는 필수 세포 구조 중 하나이며 두께가 7-13nm이고 세포벽 바로 아래에 위치하여 세포의 원형질체를 제한합니다. 박테리아, 동물 및 식물 세포의 막 구조는 매우 유사합니다. 현재 대부분의 과학자들은 CM 구조의 유동 모자이크 모델을 채택했습니다. 이 모델에 따르면 CM은 이중층(소수성 말단이 안쪽으로 향하고 친수성 "머리"가 바깥쪽으로 향하는 인지질 및 트리글리세리드 분자 15-30%)으로 구성됩니다. 단백질 분자(50-70%)가 모자이크 방식으로 잠겨 있습니다. 막에는 탄수화물(2~5%)과 RNA도 포함되어 있습니다. CM은 신진대사에 중요한 역할을 하는 플라스틱 "유체" 형태이며, 반투과성 구조이며, 삼투압을 유지하고, 물질이 세포로 들어가는 것과 세포 내로 들어가는 것을 모두 조절합니다. 기질 특이적 투과효소(막에 국한된 효소-운반체) 시스템을 통한 최종 대사산물의 배설 세포에 에너지를 공급하는 호흡 과정은 CM, 즉 미토콘드리아와 엽록체의 막이 수행하는 기능과 관련이 있습니다. 진핵세포에서 책임을 진다.

소위 있습니다. 메소솜 - CM 함입은 관, 소포 및 라멜라로 형성된 혼합 막 시스템입니다. 그들은 박테리아의 호흡 활동의 중심으로 기능하고 복제 후 세포 분열과 딸 염색체의 발산에 참여할 것으로 예상됩니다.

세포질 CM에 의해 제한된 박테리아의 양을 채웁니다. 이것은 단백질, 핵산, 탄수화물, 지질, 미네랄 및 70-80%의 물로 구성된 복잡한 콜로이드 시스템입니다. 세포질은 세포내 소기관(핵양체, 리보솜, 다양한 내포체)의 위치이며 세포내 대사에 관여합니다. 성격-

동물 및 식물 세포와 비교하여 원핵 생물의 세포질 구성의 주요 특징은 소포체가없고 전자 밀도가 높다는 것입니다.

핵양체 -박테리아 세포의 핵 물질. 이는 단백질과 결합하여 분자량이 2-3 10 인 DNA 거대 분자의 이중 가닥으로 표시되며 그중 진핵 생물의 특징 인 핵 (히스톤 및 히스톤 유사) 단백질은 없습니다. 진핵세포의 실제 핵과 달리 핵양체는 천공된 핵막이 없고 유사분열로 분열되지 않으며, 분열 기간 동안 모든 유전 정보를 암호화하는 하나의 원형 염색체를 나타냅니다.

플라스미드 -자가 복제가 가능한 염색체외 원형 DNA 섹션 형태의 선택적인 세포내 구조. 이는 약물 저항성, 독성, 세균 발생성 등 추가적인 특성의 유전을 유발합니다.

리보솜 -단백질 합성이 일어나는 세포 소기관. 각 리보솜의 크기는 20x30x30nm이고 침강 상수는 70S입니다(초원심분리 동안 리보솜은 침강 상수가 808인 진핵생물의 더 큰 세포질 리보솜과 달리 약 70스베덴베르그 단위(S)의 속도로 침강하기 때문입니다). 유리 상태에서 박테리아 리보솜은 30S와 50S라는 두 개의 하위 단위 형태이며, 두 하위 단위 모두 약 40%의 리보솜 RNA와 60%의 단백질을 포함합니다. 단백질 합성 중에 리보솜은 메신저 RNA의 도움으로 일반적으로 CM과 관련된 폴리솜을 형성합니다. 박테리아는 세포의 나이와 배양 조건에 따라 5,000~50,000개의 리보솜을 포함할 수 있습니다.

박테리아 리보솜과 진핵 세포의 차이점에 대한 지식은 박테리아 리보솜에서 단백질 합성을 억제하고 80S 리보솜의 기능에 영향을 미치지 않는 항생제의 항균 작용 메커니즘을 이해하는 데 중요합니다.

박테리아의 포자(내생포자) -불리한 환경 조건에서 일부 유형의 그람 양성 박테리아의 휴면 형태.

포자형성은 여러 단계로 일어나며, 포자가 완전히 성숙되면 세포의 영양 부분이 용해되어 죽습니다(포함 I, II 참조).

포자형성(포자형성) 과정에서 몇 가지 주요 단계를 구별할 수 있습니다. 포자형성으로 전환된 세포는 성장을 멈춥니다. 일반적으로 두 개 이상의 핵양체를 포함합니다. 첫 번째 단계에서 세포 DNA의 일부는 세포의 극 중 하나에 국한됩니다. 다음을 포함하는 세포질의 일부

그 안의 또 다른 염색체는 마치 세포 깊숙이 자라는 것처럼 세포질막으로 분리되고 이중막 막으로 둘러싸인 포자가 형성됩니다.

그런 다음 두 막 사이에 다층 벽과 펩티도글리칸 포자의 피질(피질)이 형성됩니다. 폴리펩티드 껍질과 엑소스포리움(exosporium)도 막 외부에 형성되어 자유 껍질 형태로 포자를 둘러쌉니다. 완전히 형성된 박테리아 포자는 디피콜린산의 칼슘염이 함침된 조밀한 다층 막으로 둘러싸인 핵양체와 리보솜이 있는 세포의 압축된 영역입니다.

포자 형성은 막대 모양 박테리아(간균 및 클로스트리듐)의 특징입니다(그림 2 참조). 세포의 영양 부분에는 포자의 중앙, 말단 및 아말단 위치가 있으며 이는 병원체의 감별 진단 특징입니다.

하나의 박테리아에서는 휴면 단계에있는 하나의 포자가 형성되는 반면 모든 대사 과정은 실질적으로 0으로 감소하지만 세포의 잠재적 생존 가능성은 보존됩니다. 이 과정에서 미생물 수의 증가가 일어나지 않기 때문에 세균의 포자형성은 번식을 위한 방법이 아니라 생존을 위한 적응일 뿐이다. 박테리아 포자는 물리적, 화학적 요인에 대한 저항력이 독특한데, 외부 환경에서 오랫동안(수십년) 생존력을 잃지 않고 생존할 수 있어 포자를 보유한 병원성 박테리아와 싸우는 것이 어렵습니다.

세포질 내 함유물."내포물"이라는 용어는 분명히 그들의 삶에 절대적으로 필요하지 않은 박테리아의 세포 내 구조를 의미합니다. 그러나 그 성격과 기능은 다를 수 있습니다. 어떤 경우에는 내포물이 박테리아 세포의 대사 산물이고 다른 경우에는 영양분의 공급원입니다.

예비 다당류 중에서 글리코겐, 전분, 과립구와 같은 글루칸이 특히 흔합니다. 그들은 간균, 클로스트리디아, 장내 세균 등의 세포에서 검출됩니다.

예비 지질은 β-하이드록시부티르산 폴리에스테르와 왁스로 대표됩니다. 왁스, 고분자 지방산 에스테르 및 알코올은 마이코박테리아의 특징입니다.

코리네박테리아에서는 진단적 가치가 있는 폴리인산 알갱이(볼루틴) 형태로 인 매장량이 생성됩니다.

원핵세포의 구조는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 1.3.

쌀. 1.3. 원핵 세포의 구조

ㅏ -표면 세포 구조 및 세포외 구조물: 1 – 세포벽; 2 – 캡슐; 3 – 곱; 4 – 사례; 5 – 편모; 6 – 융모; 비 -세포질 세포 구조: 7 – CPM; 8 – 핵양체; 9 – 리보솜; 10 – 세포질; 11 – 크로마토포어; 12 – 클로로솜; 13 – 라멜라 틸라코이드; 14 – 피코빌리솜; 15 – 관형 틸라코이드; 16 – 중낭종; 17 – 에어로솜(기체 액포); 18 – 라멜라 구조; 안에 – 예비 물질: 19 – 다당류 과립; 20 – 폴리-b-하이드록시부티르산 과립; 21 – 폴리인산염 과립; 22 – 시아노피신 과립; 23 – 카르복시솜(다면체); 24 – 황 함유물; 25 – 지방 방울; 26 – 탄화수소 과립

세포질막(CPM) 외부에 위치한 구조를 표면이라고 합니다. 여기에는 세포벽, 점액 물질, 편모 및 융모가 포함됩니다. 점액 물질과 함께 세포벽을 세포벽이라고 합니다. 세포막, CPM은 세포질과 함께 원형질체를 형성합니다.

편모운동 기관이다. 세포는 1개에서 1000개까지의 편모를 가질 수 있으며, 이는 극에 위치하거나 전체 표면에 균일하게 위치합니다. 편모의 두께는 10~20nm, 길이는 3~15μm이다. 편모의 도움으로 박테리아는 성장 조건이 더 좋은 방향, 즉 기질 농도가 높고 산소가 더 많으며 조명이 더 좋은 방향으로 20-60 µm/s의 속도로 이동합니다. 편모가 없으면 4μm보다 작은 세포는 브라운 운동으로 인해 수성 환경에서 이동합니다. 사상균은 세포벽의 미세한 돌기를 사용하여 고체 또는 점성 기질에서 밀어내면서 미끄러짐(2~11μm/s 속도)으로 이동할 수 있습니다.

빌리– 길이가 0.3~4미크론이고 직경이 5~10nm인 얇은 직선형 필라멘트입니다. 모든 박테리아가 그런 것은 아닙니다. 그들은 세포 이동에 참여하지 않습니다. 융모의 수는 10개에서 수천개까지 다양합니다. 융모는 대사산물의 수송과 박테리아의 고체 기질에의 부착에 관여하는 것으로 추정됩니다. 또한 일부 박테리아(예: E. coli 균주 K12)에는 F-필리라는 성섬모가 있습니다. 셀당 1-2 개가 있습니다. F-필리는 0.5~10μm 길이의 속이 빈 단백질 튜브처럼 보이며, 이를 통해 DNA가 기증자 세포에서 수용자 세포로 전달될 수 있습니다.

점액물질거의 모든 원핵생물의 세포벽을 덮고 있다. 이는 주로 다당류뿐만 아니라 단백질, 지질 및 기타 중합체로 구성됩니다. 세포벽과의 연결 구조와 강도에 따라 점액 물질은 3가지 유형으로 나뉩니다. 점액층(무정형 구조를 가지며 세포벽에서 쉽게 분리됨) 캡슐(무정형 구조를 가지고 있으나 세포벽에서 분리가 어렵다), 사례(정렬된 미세 구조를 가짐) 점액층의 두께는 수 마이크론에서 수십 마이크론까지 다양합니다. 점액 물질 덕분에 세포는 서로 달라붙어 큰 콜로니를 이루고 단단한 표면에 부착될 수 있습니다. 또한 점액은 기계적 손상, 건조, 박테리오파지 및 일부 독성 물질의 침투로부터 세포를 보호하고 예비 영양소의 공급원 역할도 할 수 있습니다.

세포벽셀에 기계적 강도를 제공하고 특정 모양을 제공합니다. 최대 30-100atm(3-10MPa)의 압력을 견딜 수 있습니다. 벽 두께는 10-100 미크론이고, 질량은 세포 건조물의 5-50%입니다. 세포벽은 펩티도글리칸, 테이코산, 다당류, 단백질, 지질, 지질다당류, 지질단백질 등 7가지 물질 그룹으로 구성됩니다. 펩티도글리칸은 원핵생물의 벽에서만 발견됩니다(진핵생물에는 없습니다). 생합성의 구성 요소, 구조 및 메커니즘 측면에서 박테리아의 세포벽은 동물 및 식물의 세포벽과 근본적으로 다릅니다. 따라서 박테리아 벽과 그 합성 과정에 특별히 영향을 미치는 약물은 고등 유기체에 무해합니다.

세포벽의 구조에 따라 박테리아는 두 그룹으로 나뉩니다. 그람 양성그리고 그람 음성. 분할은 그람 염색을 인지하는 능력에 기초합니다(H. Gram은 1884년에 이 염색 방법을 제안한 덴마크 과학자입니다). 그람 염색법은 다음과 같습니다. 고정된 세포는 크리스탈 바이올렛 염기성 염료로 처리한 다음 요오드 용액으로 처리합니다. 요오드는 크리스탈 바이올렛과 착화합물을 형성하며 물에는 녹지 않고 알코올에는 잘 녹지 않습니다. 이후에 세포를 알코올로 처리하면 세포 분화가 일어납니다. 그람 양성 종에서는 이 복합체가 세포에 유지되어 색상(파란색)을 유지하고, 그람 음성 종에서는 유색 복합체가 세포 밖으로 씻겨 나가 변색됩니다. . 그람 양성균과 그람 음성균의 세포벽은 화학적 조성과 미세구조가 크게 다릅니다(그림 1.4 참조).

쌀. 1.4. 그람 양성균(A)과 그람 음성균(B)의 세포벽

1 - 세포질막; 2 - 펩티도글리칸; 3 - 주변세포질 공간; 4 - 외부 막: 5 - 세포질, 중앙에 DNA가 위치함

세포질막(CPM)은 세포의 필수 구조 요소로, 무결성을 위반하면 세포가 사망합니다. CPM은 단백질(50-75%), 지질(15-45%) 및 탄수화물(0-20%)로 구성된 매우 부드럽고 가소성이 있는 거의 액체 형태입니다. 두께는 5~7.5 nm이고 셀의 질량 분율은 건조물의 8~15%입니다. CPM은 삼투압 장벽 역할을 하며 다양한 분자와 이온이 세포 내로 선택적으로 들어오고 나가는 것을 보장하며, 세포 에너지 변환 및 생합성 과정에도 참여합니다.

세포질물에 탄수화물, 아미노산, 미네랄 및 기타 물질의 콜로이드 용액입니다. 여기에는 유전 장치(핵양체), 리보솜, 막(모든 원핵 세포에 세포질 막이 있는 것은 아님) 및 다양한 내포물 등 다양한 구조 요소가 포함되어 있습니다.

핵양체- 정렬된 공으로 꼬인 닫힌 고리 모양의 DNA 분자. 핵양체는 막에 의해 세포질과 분리되지 않으며 광학현미경으로는 거의 보이지 않습니다. 펼쳐졌을 때 DNA 분자(세균 염색체)의 길이는 약 1mm입니다. 세포 크기의 1000배.

많은 박테리아는 DNA 염색체와 함께 고리 모양으로 닫혀 있고 공 모양으로 감겨 있는 이중 나선으로 표시되는 염색체외 DNA도 포함합니다. 자율 복제가 가능한 이러한 염색체외 DNA 분자를 플라스미드.

리보솜원핵생물은 r-RNA(리보솜 RNA)와 단백질이 2:1 비율로 구성된 15~20 nm 크기의 입자입니다. 단백질 합성은 메신저 RNA(i-RNA)와 전달 RNA(t-RNA)의 참여로 리보솜에서 수행됩니다. mRNA 사슬에 구슬처럼 결합된 리보솜을 폴리리보솜 또는 폴리솜이라고 합니다. 단백질 합성 활동에 따라 박테리아 세포는 5~50,000개의 리보솜을 포함할 수 있습니다.

세포질 내 함유물수생 미생물의 부력을 제공하는 예비 물질(다당류, 지질, 폴리펩티드, 폴리인산염, 유황 침전물) 과립과 기체 액포로 표시됩니다.

원핵 세포로의 영양분 유입과 그로부터의 생성물 배출은 전체 세포 표면을 통해 발생합니다. 점액층은 매우 느슨하여 물질의 침투를 방해하지 않습니다. 그러나 이 층의 확산은 물에서보다 느립니다(약 5배). 작은 분자와 이온은 쉽게 세포벽을 관통합니다. 600D(D - dalton, 1D = 1.66 10 -27kg) 이상의 분자량을 갖는 큰 분자는 세포외 효소에 의해 사전에 저분자량 화합물로 분해됩니다.

세포질막은 영양소가 세포로 들어가는 과정에서 적극적인 역할을 합니다. CPM을 통한 물질 전달에는 수동 확산, 촉진 확산, 능동 수송, 그룹 전달(전위)의 네 가지 메커니즘이 있습니다.

수동(단순) 확산– 막 양쪽의 농도 차이로 인해 CPM을 통한 물질의 독립적인 통과. 이러한 메커니즘에 의해 세포에 들어오고 나가는 주요 물질은 물이다. 아마도 저분자 가스(산소, 수소, 질소)와 독극물, 억제제 및 세포 외부의 기타 물질이 단순 확산을 통해 세포에 유입되는 것으로 추정됩니다.

확산촉진– 운반된 물질에 가역적으로 결합하는 담체 단백질(투과효소)의 도움으로 농도 구배에 따라 CPM을 통해 물질이 통과합니다. 일반적으로 이 메커니즘은 때때로 세포에서 저분자량 유기 물질의 출입에 사용되지만, 세포 내 과정이 중단될 때만 활성화되는 경우가 더 많습니다.

활성 운송- 촉진 확산과 유사한 과정이지만 세포 에너지를 소모하여 수행되며 농도 구배에 반하여 물질을 전달할 수 있습니다. 이 메커니즘은 분자와 이온이 원핵 세포에 들어가는 주요 방식입니다.

그룹의 전위- 능동수송과 유사한 과정이지만 CPM을 통한 전달 중에 분자의 화학적 변형이 동반됩니다. 예를 들어, 당(포도당, 과당 등)은 인산화(인산염을 첨가하여 인산염 에스테르를 형성하는 것)를 겪습니다.

원핵생물에는 박테리아와 청록색 조류(시아네아)가 포함됩니다. 원핵 생물의 유전 장치는 단백질과 결합을 형성하지 않고 각 유전자의 한 복사본, 즉 반수체 유기체를 포함하는 하나의 원형 DNA 분자로 표시됩니다. 세포질에는 수많은 작은 리보솜이 포함되어 있습니다. 내부 막이 없거나 제대로 표현되지 않습니다. 플라스틱 대사의 효소는 분산되어 있습니다. 골지체는 개별 소포로 표시됩니다. 에너지 대사를 위한 효소 시스템은 세포질 외부막의 내부 표면에 질서정연하게 위치합니다. 세포의 외부는 두꺼운 세포벽으로 둘러싸여 있습니다. 많은 원핵생물은 불리한 생활 조건에서도 포자 형성이 가능합니다. 이 경우 DNA를 포함하는 세포질의 작은 부분이 분리되어 두꺼운 다층 캡슐로 둘러싸여 있습니다. 포자 내부의 대사 과정은 사실상 중단됩니다. 유리한 조건에 노출되면 포자는 활성 세포 형태로 변합니다. 원핵생물은 단순한 2분할로 번식한다.

원핵 및 진핵 세포 (T.A. Kozlova, V.S. Kuchmenko. 표의 생물학. M., 2000)

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모든 살아있는 유기체는 세포의 기본 구조에 따라 두 그룹(원핵생물 또는 진핵생물) 중 하나로 분류될 수 있습니다. 원핵생물은 세포핵과 막소기관이 없는 세포로 구성된 살아있는 유기체이다. 진핵생물은 핵과 막소기관을 갖고 있는 살아있는 유기체이다.

세포는 생명과 생명체에 대한 현대적 정의의 기본 구성 요소입니다. 세포는 생명의 기본 구성 요소로 간주되며 "살아있다"는 것이 무엇을 의미하는지 정의하는 데 사용됩니다.

생명에 대한 한 가지 정의를 살펴보겠습니다. "생물은 세포로 구성되어 있고 번식이 가능한 화학적 조직입니다"(Keaton, 1986). 이 정의는 세포 이론과 생물 발생 이론이라는 두 가지 이론에 기초합니다. 1830년대 후반 독일 과학자 Matthias Jakob Schleiden과 Theodor Schwann이 처음 제안했습니다. 그들은 모든 생명체가 세포로 이루어져 있다고 주장했습니다. 1858년 루돌프 비르호(Rudolf Virchow)가 제안한 생물 발생 이론은 모든 살아있는 세포는 기존(살아 있는) 세포에서 발생하며 무생물에서는 자발적으로 발생할 수 없다고 명시합니다.

세포의 구성 요소는 막으로 둘러싸여 있으며, 이는 외부 세계와 세포의 내부 구성 요소 사이의 장벽 역할을 합니다. 세포막은 선택적인 장벽입니다. 즉, 세포 기능에 필요한 균형을 유지하기 위해 특정 화학 물질이 통과할 수 있습니다.

세포막은 다음과 같은 방식으로 세포에서 세포로 화학물질의 이동을 조절합니다.

• 확산 (농도를 최소화하려는 물질의 분자 경향, 즉 농도가 동일해질 때까지 더 높은 농도 영역에서 더 낮은 영역으로 분자의 이동);
• 삼투(막을 통해 이동할 수 없는 용질의 농도를 동일하게 하기 위해 부분 투과성 막을 통한 용매 분자의 이동)
• 선택적 수송(막 채널 및 펌프 사용)

원핵생물은 세포핵이나 막으로 둘러싸인 세포 소기관이 없는 세포로 구성된 유기체입니다. 이는 원핵생물의 유전물질인 DNA가 핵에 결합되어 있지 않다는 것을 의미한다. 게다가 원핵생물의 DNA는 진핵생물에 비해 덜 구조적이다. 원핵생물에서 DNA는 단일 회로이다. 진핵생물의 DNA는 염색체로 구성되어 있습니다. 대부분의 원핵생물은 단 하나의 세포(단세포)로 구성되어 있지만, 다세포인 것도 몇 개 있습니다. 과학자들은 원핵생물을 두 그룹으로 나눕니다.

전형적인 원핵 세포에는 다음이 포함됩니다.

• 혈장(세포) 막;
• 세포질;
• 리보솜;
• 편모와 털;
• 핵양체;
• 플라스미드;

진핵생물

진핵생물은 세포에 핵과 막 소기관이 들어 있는 살아있는 유기체입니다. 진핵생물의 경우 유전물질은 핵에 위치하고 DNA는 염색체로 구성되어 있다. 진핵 생물은 단세포일 수도 있고 다세포일 수도 있습니다. 진핵생물이다. 진핵생물에는 식물, 균류, 원생동물도 포함됩니다.

전형적인 진핵 세포에는 다음이 포함됩니다.

• 핵소체;

미생물의 특성 - 생명공학 생산의 목적

산업 미생물학 및 생명공학의 대상에는 박테리아, 효모, 미세한(곰팡이) 진균, 식물 및 동물 세포 배양은 물론 세포 이하 구조(바이러스, 플라스미드, 미토콘드리아 및 엽록체 DNA, 핵 DNA)가 포함됩니다.

원핵생물과 진핵생물을 포함한 세포 형태는 많은 기본 특성이 다릅니다. 그러나 일반적으로 기술적으로 중요한 미생물의 특성은 다음과 같습니다.

· 빠른 대사 과정.이는 교환 표면 대 세포 부피의 비율이 크기 때문입니다. 미생물의 경우 전체 세포 표면은 교환 표면입니다. 박테리아 세포는 가장 작기 때문에 모든 미생물보다 빠르게 성장하고 발달하며, 효모와 곰팡이가 그 뒤를 따릅니다. 결과적으로 미생물의 대사 과정 속도는 동물보다 수만 배, 수십만 배 더 높습니다. 예를 들어, 무게가 500kg인 황소 한 마리의 몸에서는 24시간 동안 약 0.5kg의 단백질이 생산됩니다. 동시에 500kg의 효모는 50,000kg 이상의 단백질을 합성할 수 있습니다.

· 교환의 가소성 -높은 적응 능력 (새로운 존재 조건에 적응). 식물과 동물에 비해 미생물의 대사 과정의 비교할 수 없을 정도로 큰 유연성은 유도성 효소를 합성하는 능력, 즉 환경에 적절한 물질이 존재하는 경우에만 세포에서 형성되는 효소;

· 높은 수준의 변동성.거대 유기체에 비해 미생물의 다양성이 더 높은 이유는 대부분의 미생물이 단세포 유기체이기 때문입니다. 많은 세포로 구성된 유기체보다 단일 세포에 영향을 미치는 것이 더 쉽습니다. 높은 수준의 가변성, 빠른 성장 및 발달, 높은 대사 과정 속도, 수많은 자손의 형성 등 미생물의 이러한 모든 특성은 짧은 시간에 실험을 수행할 수 있기 때문에 유전자 분석에 매우 편리한 대상이 됩니다. 엄청난 수의 개인.

원핵 (세균) 세포의 구조

원핵생물의 특징은 세포내 막 시스템이 없다는 것이다.

세포벽세포에 모양을 부여하고, 외부 영향으로부터 세포를 보호하고(세포의 기계적 장벽), 과도한 수분이 세포에 침투하는 것을 방지합니다.

박테리아는 세포벽의 화학적 조성과 구조에 따라 그람 양성균(Gram+)과 그람 음성균(Gram-)으로 구분됩니다.

그람+ 세포벽은 펩티도글리칸으로 구성되어 있습니다. 무레이나(최대 90~95%), 테이코산,다당류. 이는 세포질막에 밀접하게 인접한 단일층 구조를 가지고 있습니다.

그람 박테리아의 세포벽에는 뮤레인이 거의 포함되어 있지 않으며(5~10%), 테이코산은 없으며 지질단백질과 지질다당류가 다량으로 함유되어 있습니다.

그람박테리아의 세포벽은 그람+에 비해 훨씬 얇지만 2층 구조를 가지고 있습니다. 외층은 지단백질과 지질다당류로 구성되어 있어 독성 물질의 침투를 방지합니다. 따라서 그람박테리아는 항생제와 독성 화학물질에 대한 저항성이 더 강하며, 식품 생산에서 이러한 미생물과의 싸움은 그람+ 박테리아에 대한 것보다 덜 효과적입니다.

세포질막(CPM)은 세포 영양에 중요한 역할을 하며 선택적 투과성을 가지고 있습니다. 단백질-지질 복합체로 구성되어 있으며 3층 구조를 가지고 있습니다. 막의 바깥쪽에는 영양분을 세포 안으로 운반하는 운반 단백질이 있고, 안쪽에는 산화환원 및 가수분해 효소가 있습니다. 두 단백질 층 사이에는 인지질 층이 있습니다.

메소솜 -막 형성, 중추 신경계의 돌출. 덕분에 세포의 교환 표면이 증가합니다. 그들은 에너지 과정에 참여하고 세포 분열(재생) 과정에도 참여합니다.

세포질 -세포내 내용물, 반액체 콜로이드 용액. 여기에는 세포 질량의 최대 70~80%에 해당하는 물, 효소, 영양 기질 및 세포 대사산물이 포함되어 있습니다. 원핵 세포의 모든 구성 요소는 세포질에 위치합니다.

핵양체 –원핵 세포의 유일한 염색체인 유전 정보의 운반체가 번식에 참여합니다. 이것은 세포질의 중앙 영역을 차지하고 원형으로 닫힌 이중 가닥의 나선형으로 꼬인 DNA 가닥으로 구성된 컴팩트한 형태입니다.

많은 박테리아는 염색체 DNA와 함께 고리 모양의 이중 나선으로 표현되는 염색체외 DNA도 포함합니다. 이러한 자율적으로 복제되는 DNA 요소를 플라스미드.

리보솜 - RNA(60%)와 단백질(40%)을 함유한 작은 과립입니다. 리보솜은 세포 단백질의 합성을 수행합니다.

예비 물질.이는 다당류 과립(그라눌로사 글리코겐), 황 함유물, 지방 방울(폴리-b-부티르산 함유), 볼루틴(폴리인산염 과립)으로 구성됩니다.

운동성이 있는 형태의 박테리아는 편모 (8),구조 단백질인 플라젤린으로 구성된 긴 필라멘트. 편모는 두 쌍의 기본 디스크를 사용하여 CPM에 부착됩니다. – 기본 몸체 (9).

광합성 박테리아는 세포 내에 세포를 가지고 있습니다. 틸라코이드 (10),이를 통해 광합성이 발생합니다.

점액성 박테리아 종은 캡슐 (11)또는 종종 다당류로 구성되고 덜 자주 폴리펩티드로 구성된 점액 껍질입니다. 이는 예비 영양소의 원천인 세포의 추가적인 보호 장벽입니다.