원핵 세포 : 특성, 세포 구조, 유형 - 생물학

원핵 세포는 간단하고 세포막의 구조에 의해 제한없이 핵이다. 이 세포 유형과 관련된 유기체는 단세포이지만 함께 그룹화되어 사슬과 같은 2 차 구조를 형성 할 수 있습니다.

Carl Woese가 제안한 세 가지 삶의 영역 중에서 원핵 생물은 박테리아와 고세균에 해당합니다. 나머지 영역 인 Eucarya는 구분 된 핵을 가진 더 크고 복잡한 진핵 세포로 구성됩니다.

원핵 세포. 출처 : Wikimedia Commons의 Ali Zifan 작성

생물학에서 가장 중요한 이분법 중 하나는 진핵 세포와 원핵 세포의 구별입니다. 역사적으로 원핵 생물은 내부 조직이없고 세포 기관이없고 세포 골격이없는 단순한 것으로 간주됩니다. 그러나 새로운 증거가 이러한 패러다임을 파괴하고 있습니다.

예를 들어, 구조는 잠재적으로 세포 기관으로 간주 될 수있는 원핵 생물에서 확인되었습니다. 마찬가지로, 세포 골격을 형성하는 진핵 생물의 단백질과 상동 성인 단백질이 발견되었습니다.

원핵 생물은 영양면에서 매우 다양합니다. 그들은 태양의 빛과 화학 결합에 포함 된 에너지를 에너지 원으로 사용할 수 있습니다. 그들은 또한 이산화탄소, 포도당, 아미노산, 단백질 등과 같은 다양한 탄소원을 사용할 수 있습니다.

원핵 생물은 이분법으로 무성 분열합니다. 이 과정에서 유기체는 원형 DNA를 복제하고 부피를 늘린 다음 마지막으로 두 개의 동일한 세포로 분할합니다.

그러나 형질 도입, 접합 및 형질 전환과 같은 박테리아의 가변성을 생성하는 유전 물질의 교환 메커니즘이 있습니다.

일반적 특성

원핵 생물은 비교적 단순한 단세포 유기체입니다. 이 그룹을 식별하는 가장 눈에 띄는 특징은 진정한 핵이 없다는 것입니다. 그들은 두 개의 큰 가지로 나뉩니다 : 진정한 박테리아 또는 eubacteria와 archaebacteria.

그들은 물과 토양에서 인간을 포함한 다른 유기체의 내부에 이르기까지 상상할 수있는 거의 모든 서식지를 식민지화했습니다. 특히 고세균은 극심한 온도, 염도 및 pH가있는 지역에 서식합니다.

구조

평균 원핵 세포.

전형적인 원핵 생물의 구조적 계획은 의심 할 여지없이 우리의 위장관에 일반적으로 서식하는 박테리아 인 대장균의 구조입니다.

세포 모양은 막대를 연상 시키며 직경 1um, 길이 2um입니다. 원핵 생물은 주로 다당류와 펩티드로 구성된 세포벽으로 둘러싸여 있습니다.

박테리아 세포벽은 매우 중요한 특성이며 그 구조에 따라 분류 시스템을 그램 양성 및 그램 음성 박테리아의 두 가지 큰 그룹으로 설정할 수 있습니다.

세포벽에 이어 우리는 유기체를 환경과 분리하는 일련의 보철 요소가 내장 된 지질 성질의 막 (원핵 생물과 진핵 생물 사이의 공통 요소)을 발견합니다.

DNA는 특정 영역에 위치한 원형 분자로 세포질과의 분리 나 막의 종류가 없습니다.

세포질은 거친 모습을 보이며 단백질 합성을 담당하는 구조 인 약 3,000 개의 리보솜을 가지고 있습니다.

원핵 생물의 종류

현재 원핵 생물은 유 박테리아와 아르케 박테리아라는 두 개의 큰 영역으로 나뉘는 다양한 박테리아로 구성되어 있습니다. 증거에 따르면,이 그룹은 진화 초기에 분화 한 것으로 보입니다.

Archaebacteria는 일반적으로 온도 또는 높은 염분과 같은 비정상적인 조건을 가진 환경에서 사는 원핵 생물 그룹입니다. 이러한 상태는 오늘날 드물지만 초기 지구에서 만연했을 수 있습니다.

예를 들어, 고온 산소 체는 온도가 최대 80 ° C에 도달하고 pH가 2 인 지역에 산다.

유 박테리아는 우리 인간에게 공통된 환경에 살고 있습니다. 그들은 토양, 물에 서식하거나 소화관의 일부인 박테리아와 같은 다른 유기체에서 살 수 있습니다.

원핵 생물의 형태

박테리아는 일련의 매우 다양하고 이질적인 형태로 나타납니다. 가장 흔한 것 중에는 코코넛이라고 불리는 둥근 것이 있습니다. 이들은 개별적으로, 쌍으로, 사슬로, 4 자체 등으로 발생할 수 있습니다.

일부 박테리아는 형태 학적으로 막대와 유사하며 간균이라고합니다. 코코넛처럼, 그들은 한 명 이상의 개인과 다른 배열에서 찾을 수 있습니다. 우리는 또한 나선형 모양의 스피 로체 테와 비브리오라고 불리는 콤마 또는 입자 모양을 가진 것들을 찾습니다.

설명 된 각각의 형태는 서로 다른 종간에 다를 수 있습니다. 예를 들어, 하나의 바실러스는 다른 바실러스보다 더 길거나 더 둥근 모서리를 가질 수 있으며, 종을 식별하는 데 유용합니다.

생식

무성 생식

박테리아의 번식은 무성이며 이분법을 통해 발생합니다. 이 과정에서 유기체는 문자 그대로 "두 개로 분할"되어 초기 유기체의 클론이 생성됩니다. 이를 위해서는 충분한 자원이 있어야합니다.

이 과정은 비교적 간단합니다. 원형 DNA가 복제되어 두 개의 동일한 이중 나선을 형성합니다. 나중에 유전 물질은 세포막에 수용되고 세포는 크기가 두 배가 될 때까지 성장하기 시작합니다. 세포는 결국 분열되고 각 결과 부분에는 원형 DNA 사본이 있습니다.

일부 박테리아에서는 세포가 물질을 분열시켜 성장할 수 있지만 완전히 분열하지 않고 일종의 사슬을 형성합니다.

유전 적 가변성의 추가 소스

유전 적 전달과 재조합을 가능하게하는 박테리아 사이에는 유전자 교환 사건이 있습니다. 이는 우리가 성 생식이라고 알고있는 것과 유사한 과정입니다. 이러한 메커니즘은 접합, 변형 및 변환입니다.

접합은 "다리"역할을하는 pili 또는 fimbriae라고하는가는 털과 유사한 구조를 통해 두 박테리아 사이의 유전 물질 교환으로 구성됩니다. 이 경우 두 사람 사이에 물리적 인 친밀감이 있어야합니다.

변환에는 환경에서 발견되는 나체 DNA 조각을 가져 오는 것이 포함됩니다. 즉,이 과정에서 두 번째 유기체의 존재는 필요하지 않습니다.

마지막으로 우리는 박테리아가 벡터, 예를 들어 박테리오파지 (박테리아를 감염시키는 바이러스)를 통해 유전 물질을 획득하는 번역을 가지고 있습니다.

영양물 섭취

박테리아는 생존을 보장하고 세포 과정에 필요한 에너지를 제공하는 물질이 필요합니다. 세포는 이러한 영양소를 흡수하여 흡수합니다.

일반적으로 영양소를 필수 또는 염기성 (물, 탄소원 및 질소 화합물), 2 차 (일부 이온 : 칼륨 및 마그네슘) 및 최소 농도 (철, 코발트)에 필요한 미량 원소로 분류 할 수 있습니다.

일부 박테리아에는 비타민과 아미노산과 같은 특정 성장 인자와 필수는 아니지만 성장 과정에 도움이되는 자극 인자가 필요합니다.

박테리아의 영양 요구 사항은 매우 다양하지만 관심있는 유기체의 성장을 보장하기 위해 효과적인 배양 배지를 준비 할 수 있으려면 그들의 지식이 필요합니다.

영양 카테고리

박테리아는 사용하는 탄소원 (유기 또는 무기)과 에너지 생산 원에 따라 분류 할 수 있습니다.

탄소원에 따르면 우리는 두 그룹이 있습니다.

에너지 원의 경우 태양 에너지 나 복사 에너지를 사용하는 광 영양 생물과 화학 반응 에너지에 의존하는 화학 영양 생물의 두 가지 범주도 있습니다. 따라서 두 범주를 결합하여 박테리아를 다음과 같이 분류 할 수 있습니다.

광 독립 영양 생물

그들은 햇빛에서 에너지를 얻습니다. 즉, 광합성 활성을 띠고 있으며 탄소원은 이산화탄소입니다.

광 종속 영양 생물

그들은 개발을 위해 복사 에너지를 사용할 수 있지만 이산화탄소를 통합 할 수는 없습니다. 따라서 알코올, 지방산, 유기산 및 탄수화물과 같은 다른 탄소 공급원을 사용합니다.

화학 독립 영양 생물

그들은 화학 반응에서 에너지를 얻고 이산화탄소를 통합 할 수 있습니다.

화학 종속 영양 생물

그들은 화학 반응의 에너지를 사용하고 탄소는 가장 많이 사용되는 포도당과 같은 유기 화합물에서 나옵니다. 에너지 원과 탄소원은 두 경우 모두 동일하므로 둘 사이의 구별이 어렵습니다.

일반적으로 인간 병원체로 간주되는 미생물은이 마지막 범주에 속하며 숙주의 아미노산과 지질 화합물을 탄소원으로 사용합니다.

대사

신진 대사는 유기체 내부에서 발생하는 모든 복잡한 효소 촉매 화학 반응으로 구성되어 발달하고 번식 할 수 있습니다.

박테리아에서 이러한 반응은 더 복잡한 유기체에서 발생하는 기본 과정과 다르지 않습니다. 사실, 우리는 해당 과정과 같은 두 계통의 유기체가 공유하는 여러 경로를 가지고 있습니다.

대사 반응은 생합성 또는 단백 동화 반응과 화학 에너지를 얻기 위해 발생하는 분해 또는 이화 반응의 두 가지 큰 그룹으로 분류됩니다.

이화 반응은 신체가 구성 요소의 생합성에 사용하는 엇갈린 방식으로 에너지를 방출합니다.

진핵 세포와의 근본적인 차이점

원핵 생물은 주로 세포의 구조적 복잡성과 그 안에서 발생하는 과정에서 원핵 생물과 다릅니다. 아래에서는 두 계보의 주요 차이점을 설명합니다.

크기와 복잡성

일반적으로 원핵 세포는 진핵 세포보다 작습니다. 전자는 직경이 1 ~ 3μm 인 반면, 진핵 세포는 100μm에이를 수 있습니다. 그러나 몇 가지 예외가 있습니다.

원핵 생물은 단세포이기 때문에 육안으로는 관찰 할 수 없지만 (예를 들어 박테리아 군집을 관찰하지 않는 한) 두 그룹을 구별하기 위해 특성을 사용해서는 안됩니다. 진핵 생물에서도 단세포 유기체를 발견합니다.

사실, 가장 복잡한 세포 중 하나는 단세포 진핵 생물입니다. 세포막에 갇힌 발달에 필요한 모든 구조를 포함해야하기 때문입니다. Paramecium과 Trypanosoma 속이 이것의 주목할만한 예입니다.

반면에 시아 노 박테리아 (광합성 반응의 진화가 일어난 원핵 생물 그룹)와 같이 매우 복잡한 원핵 생물이 있습니다.

핵심

"원핵 생물"이라는 단어는 핵 (pro = before; karyon = nucleus)이없는 반면, 진핵 생물은 진정한 핵 (eu = true)을가집니다. 따라서이 두 그룹은이 중요한 세포 기관의 존재에 의해 분리됩니다.

원핵 생물에서 유전 물질은 핵체라고 불리는 세포의 특정 영역에 분포되어 있으며 지질막에 의해 경계가 지정되지 않았기 때문에 진정한 핵이 아닙니다.

진핵 생물은 정의 된 핵을 가지고 있으며 이중 막으로 둘러싸여 있습니다. 이 구조는 매우 복잡하여 핵소체와 같은 내부의 다른 영역을 나타냅니다. 또한이 세포 기관은 핵 기공의 존재 덕분에 세포의 내부 환경과 상호 작용할 수 있습니다.

유전 물질의 조직

원핵 생물은 DNA에 0.6 ~ 5 백만 개의 염기쌍을 포함하고 있으며 최대 5,000 개의 서로 다른 단백질을 코딩 할 수있는 것으로 추정됩니다.

원핵 유전자는 잘 알려진 유당 오페론과 같이 오페론이라고하는 실체로 구성되지만 진핵 유전자는 그렇지 않습니다.

유전자에서 우리는 인트론과 엑손의 두 "영역"을 구별 할 수 있습니다. 전자는 단백질을 코딩하지 않고 엑손이라고하는 코딩 영역을 방해하는 부분입니다. 인트론은 진핵 생물 유전자에서는 흔하지 만 원핵 생물에서는 그렇지 않습니다.

원핵 생물은 일반적으로 반수체 (단일 유전 적 부하)이고 진핵 생물은 반수체 및 배수체 부하를 모두 가지고 있습니다. 예를 들어, 우리 인간은 이배체입니다. 유사하게, 원핵 생물은 하나의 염색체와 하나 이상의 진핵 생물을 가지고 있습니다.

유전 물질의 압축

세포핵 내에서 진핵 생물은 복잡한 DNA 조직을 나타냅니다. 긴 DNA 사슬 (약 2 미터 길이)은 핵에 통합 될 수있는 방식으로 꼬일 수 있으며 분열 과정에서 염색체 형태로 현미경으로 시각화 될 수 있습니다.

이 DNA 압축 과정은 가닥에 결합 할 수 있고 진주 목걸이와 유사한 구조를 형성 할 수있는 일련의 단백질을 포함하며, 여기서 가닥은 DNA로, 구슬은 진주로 표시됩니다. 이 단백질을 히스톤이라고합니다.

히스톤은 진화 과정에서 널리 보존되었습니다. 즉, 우리의 히스톤은 생쥐의 히스톤과 엄청나게 비슷하거나 곤충의 히스톤에 더 가깝습니다. 구조적으로 그들은 DNA의 음전하와 상호 작용하는 양전하를 띤 아미노산을 많이 가지고 있습니다.

원핵 생물에서는 일반적으로 히스톤과 유사한 것으로 알려진 히스톤과 상동하는 특정 단백질이 발견되었습니다. 이 단백질은 유전자 발현, 재조합 및 DNA 복제의 제어에 기여하고 진핵 생물의 히스톤과 마찬가지로 뉴 클레오 이드의 조직에 참여합니다.

소기관

진핵 세포에서 특정 기능을 수행하는 일련의 고도로 복잡한 세포 하 구획을 확인할 수 있습니다.

가장 관련성이 높은 것은 세포 호흡 과정과 ATP 생성 과정을 담당하는 미토콘드리아이며, 식물에서는 엽록체가 3 개 막 시스템과 광합성에 필요한 기계로 두드러집니다.

마찬가지로 골지 복합체, 매끄럽고 거친 소포체, 액포, 리소좀, 퍼 옥시 좀 등이 있습니다.

리보솜 구조

리보솜

리보솜은 단백질 합성에 필요한 기계를 구성하므로 진핵 생물과 원핵 생물 모두에 존재해야합니다. 둘 다에 없어서는 안될 구조이지만 주로 크기가 다릅니다.

리보솜은 크고 작은 두 개의 하위 단위로 구성됩니다. 각 하위 단위는 침강 계수라는 매개 변수로 식별됩니다.

원핵 생물에서 큰 하위 단위는 50S이고 작은 하위 단위는 30S입니다. 전체 구조를 70S라고합니다. 리보솜은 세포질 전체에 흩어져 작업을 수행합니다.

진핵 생물은 더 큰 리보솜을 가지고 있고, 큰 소단위는 60S, 작은 소단위는 40S, 전체 리보솜은 80S로 지정됩니다. 이들은 주로 거친 소포체에 고정되어 있습니다.

세포벽

세포벽은 삼투 스트레스에 직면하는 필수 요소이며 가능한 손상에 대한 보호 장벽 역할을합니다. 거의 모든 원핵 생물과 일부 진핵 생물 그룹에는 세포벽이 있습니다. 차이점은 그것의 화학적 성질에 있습니다.

박테리아 벽은 β-1,4 유형 결합에 의해 서로 연결된 N- 아세틸-글루코사민과 N- 아세틸 무라 민산의 두 가지 구조 요소로 구성된 중합체 인 펩티도 글리 칸으로 구성됩니다.

진핵 생물 계통에는 주로 일부 균류와 모든 식물에 벽 세포가 있습니다. 곰팡이 벽에서 가장 풍부한 화합물은 키틴이고 식물에서는 많은 포도당 단위로 구성된 폴리머 인 셀룰로오스입니다.

세포 분열

앞서 논의했듯이 원핵 생물은 이분법으로 나뉩니다. 진핵 생물은 유사 분열 또는 감수 분열의 여러 단계의 핵분열을 포함하는 복잡한 분열 체계를 가지고 있습니다.

계통 발생 및 분류

일반적으로 우리는 1989 년 E. Mayr가 제안한 생물학적 개념에 따라 종을 정의하는 데 사용됩니다 : "다른 그룹으로부터 번식 적으로 분리 된 자연 번식 그룹".

원핵 생물의 경우처럼이 개념을 무성 종에 적용하는 것은 불가능합니다. 따라서 이러한 유기체를 분류하기 위해서는 종의 개념에 접근하는 또 다른 방법이 있어야합니다.

Rosselló-Mora et al. (2011), phylo-phenetic 개념은 다음과 같은 계보에 잘 맞습니다. "많은 독립적 인 특성에서 높은 수준의 일반적인 유사성을 보여주고 구별되는 표현형 속성으로 진단 할 수있는 단일 계통 및 게놈 적으로 일관된 개별 유기체 세트".

이전에는 Carl Woese가 생명 나무가 세 가지 주요 가지를 가져야한다고 제안 할 때까지 모든 원핵 생물은 단일 "영역"으로 분류되었습니다. 이 분류에 따라 원핵 생물은 Archaea와 Bacteria의 두 영역을 포함합니다.

박테리아 내에서 우리는 프로 테오 박테리아, 클라미디아, 시아 노 박테리아 스피 로케 테스 및 그람 양성 박테리아의 다섯 그룹을 찾습니다. 마찬가지로 우리는 Euryarchaeota, TACK Group, Asgard 및 DPANN Group의 네 가지 주요 archaea 그룹이 있습니다.

새로운 통찰력

생물학에서 가장 널리 퍼진 개념 중 하나는 원핵 세포질의 단순성입니다. 그러나 새로운 증거는 원핵 세포에 잠재적 인 조직이 있음을 시사합니다. 현재 과학자들은이 단세포 계통에서 세포 기관, 세포 골격 및 기타 특성이 없다는 교리를 무너 뜨리려고 노력하고 있습니다.

원핵 생물의 세포 기관

이 매우 새롭고 논쟁의 여지가있는이 제안의 저자는 주로 단백질과 세포 내 지질로 구분되는 구조에서 진핵 세포에 구획화 수준이 있음을 확신합니다.

이 아이디어의 옹호자들에 따르면, 세포 기관은 특정한 생화학 적 기능을 가진 생물학적 막으로 둘러싸인 구획입니다. 이 정의에 맞는 이러한 "소기관"중에는 지질 체, 카르복시 좀, 가스 액포 등이 있습니다.

마그네토 좀

박테리아의 가장 매력적인 구획 중 하나는 마그네토 좀입니다. 이러한 구조는 자기장을 방향에 사용하는 Magnetospirillum 또는 Magnetococcus와 같은 특정 박테리아의 능력과 관련이 있습니다.

구조적으로 그들은 지질막으로 둘러싸인 50 나노 미터의 작은 몸체로 내부는 자성 미네랄로 구성되어 있습니다.

광합성 막

또한 일부 원핵 생물은 이러한 유기체에서 가장 많이 연구 된 구획 인 "광합성 막"을 가지고 있습니다.

이러한 시스템은 광합성의 효율성을 극대화하고 사용 가능한 광합성 단백질의 수를 늘리며 빛에 노출되는 막 표면을 최대화합니다.

구획

이전에 언급 한이 구획에서 매우 복잡한 진핵 생물 세포 기관까지 그럴듯한 진화 경로를 추적하는 것은 불가능했습니다.

그러나 Planctomycetes 속에는 세포 기관 자체를 연상시키는 일련의 구획이 있으며 진핵 생물의 박테리아 조상으로 제안 될 수 있습니다. Pirellula 속에는 생물학적 막으로 둘러싸인 염색체와 리보솜이 있습니다.

세포 골격의 구성 요소

유사하게, 세포 골격의 일부인 필수 필라멘트를 포함하여 역사적으로 진핵 생물에 고유 한 것으로 간주 된 특정 단백질 (튜 불린, 액틴 및 중간 필라멘트)이 있습니다.

최근 연구는 튜 불린 (FtsZ, BtuA, BtuB 등), 액틴 (MreB 및 Mb1) 및 중간 필라멘트 (CfoA)에 상동 성인 단백질을 확인하는 데 성공했습니다.

참고 문헌

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원핵 세포 : 특성, 세포 구조, 유형 - 생물학 - 2026