박테리아 세포벽 : 특성, 생합성, 기능 - 생물학

세균 세포벽은 박테리아 보호 및 형상을 제공해야 복잡 세미 리지드 구조이다. 구조적으로는 펩티도 글리 칸이라는 분자로 구성됩니다. 압력 변화에 대한 보호 외에도 박테리아 벽은 편모 또는 pilis와 같은 구조에 대한 고정 부위를 제공하고 독성 및 세포 운동 성과 관련된 다양한 특성을 정의합니다.

박테리아를 세포벽 구조에 따라 분류하는 데 널리 사용되는 방법은 그람 염색입니다. 이것은 자주색과 분홍색 염료를 체계적으로 적용하는 것으로 구성되며, 벽이 두껍고 펩티도 글리 칸이 풍부한 박테리아는 자주색으로 염색되고 (그램 양성) 리포 다당류로 둘러싸인 얇은 벽을 가진 박테리아는 분홍색으로 착색됩니다 (그램 음성).

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고세균, 조류, 균류 및 식물과 같은 다른 유기물은 세포벽을 가지고 있지만 그 구조와 구성은 박테리아 세포벽과 크게 다릅니다.

특성 및 구조

박테리아 벽 : 펩티도 글리 칸 네트워크

생물학에서 우리는 일반적으로 원형질막을 사용하여 살아있는 것과 무생물의 경계를 정의합니다. 그러나 추가 장벽 인 세포벽으로 둘러싸인 많은 유기체가 있습니다.

박테리아에서 세포벽은 뮤 레인이라고도하는 펩티도 글리 칸이라고하는 거대 분자의 복잡하고 복잡한 네트워크로 구성됩니다.

또한, 우리는 길이와 구조가 다른 탄수화물 및 폴리펩티드와 같이 펩티도 글리 칸과 결합 된 다른 유형의 물질을 벽에서 찾을 수 있습니다.

화학적으로 펩티도 글리 칸은 단량체 단위가 N- 아세틸 글루코사민과 N- 아세틸 무라 믹 (벽을 의미하는 murus 뿌리에서 유래) 인 이당류입니다.

우리는 항상 N- 아세틸 무라 믹에 연결된 4 개의 아미노산 잔기로 구성된 테트라 펩티드로 구성된 사슬을 찾습니다.

박테리아 세포벽의 구조는 그램 양성 및 그램 음성으로 알려진 두 가지 계획 또는 두 가지 일반적인 패턴을 따릅니다. 다음 섹션에서는이 아이디어를 깊이있게 개발할 것입니다.

세포벽 외부 구조

일반적으로 박테리아의 세포벽은 글리코 칼 릭스, 편모, 축사, 섬유소 및 필리스와 같은 일부 외부 구조로 둘러싸여 있습니다.

글리코 칼 릭스는 벽을 둘러싸고있는 젤라틴 매트릭스로 구성되며 다양한 구성 (다당류, 폴리 펩타이드 등)입니다. 일부 박테리아 균주에서는이 캡슐의 구성이 독성에 기여합니다. 또한 생물막 형성에 중요한 구성 요소입니다.

편모는 필라멘트 구조로 모양이 채찍과 비슷하고 유기체의 이동성에 기여합니다. 앞서 언급 한 나머지 필라멘트는 세포 고정, 운동성 및 유전 물질의 교환에 기여합니다.

비정형 박테리아 세포벽

앞서 언급 한 구조는 대부분의 박테리아 유기체에 일반화 될 수 있지만, 세포벽 체계가 없거나 물질이 거의 없기 때문에이 세포벽 체계를 따르지 않는 매우 구체적인 예외가 있습니다.

Mycoplasma 속의 일원과 계통 발생 학적으로 관련된 유기체는 지금까지 기록 된 가장 작은 박테리아 중 하나입니다. 크기가 작기 때문에 세포벽이 없습니다. 사실 처음에는 박테리아가 아니라 바이러스로 간주되었습니다.

그러나이 작은 박테리아가 보호를받을 수있는 방법이 있어야합니다. 그들은 세포 용해에 대한 보호에 기여하는 스테롤이라는 특수 지질의 존재 덕분에이를 수행합니다.

풍모

-세균 세포벽의 생물학적 기능

보호

박테리아에서 세포벽의 주요 기능은 일종의 외골격 (절지 동물과 같은)의 역할을하는 세포를 보호하는 것입니다.

박테리아는 내부에 상당량의 용질을 포함하고 있습니다. 삼투 현상으로 인해 그들을 둘러싼 물이 세포로 들어가 삼투압을 생성하려고 시도 할 것이며, 조절되지 않으면 세포가 용해 될 수 있습니다.

박테리아 벽이 존재하지 않는다면 세포 내부의 유일한 보호 장벽은 지질 성질의 깨지기 쉬운 원형질막 일 것이며, 이는 삼투 현상으로 인한 압력에 빠르게 굴복 할 것입니다.

박테리아 세포벽은 발생할 수있는 압력 변동에 대한 보호막을 형성하여 세포 용해를 방지합니다.

강성과 모양

강화 특성 덕분에 벽은 박테리아를 형성하는 데 도움이됩니다. 이것이 우리가이 요소에 따라 다양한 형태의 박테리아를 구별 할 수있는 이유이며,이 특성을 사용하여 가장 일반적인 형태 (특히 구균 또는 간균)를 기반으로 분류를 설정할 수 있습니다.

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마지막으로, 세포벽은 편모와 같은 운동성 및 고정과 관련된 다른 구조의 고정 위치 역할을합니다.

-세포벽 응용

이러한 생물학적 기능 외에도 박테리아 벽은 임상 및 분류학 응용 프로그램도 있습니다. 나중에 살펴 보 겠지만 벽은 다양한 유형의 박테리아를 구별하는 데 사용됩니다. 또한이 구조를 통해 박테리아의 독성과 어떤 종류의 항생제에 감염 될 수 있는지 파악할 수 있습니다.

세포벽의 화학 성분은 박테리아에 고유하므로 (인간 숙주에는 부족함)이 요소는 항생제 개발의 잠재적 인 표적이됩니다.

그람 염색에 따른 분류

미생물학에서 얼룩은 널리 사용되는 절차입니다. 그들 중 일부는 단순하며 그 목적은 유기체의 존재를 명확하게 보여주는 것입니다. 그러나 다른 얼룩은 사용되는 염료가 박테리아의 유형에 따라 반응하는 차동 유형입니다.

미생물학에서 가장 널리 사용되는 차등 염색 중 하나는 세균 학자 Hans Christian Gram이 1884 년에 개발 한 기술인 그람 염색입니다. 이 기술을 사용하면 박테리아를 그램 양성 및 그램 음성의 큰 그룹으로 분류 할 수 있습니다.

오늘날 일부 박테리아는 착색에 적절하게 반응하지 않지만 훌륭한 의학적 유용성 기술로 간주됩니다. 일반적으로 박테리아가 젊고 성장할 때 적용됩니다.

그람 염색 프로토콜

(i) 1 차 염료의 적용 : 열 고정 된 샘플은 기본 자주색 염료로 덮여 있으며 일반적으로이를 위해 크리스탈 바이올렛이 사용됩니다. 이 얼룩은 샘플에서 발견되는 모든 세포에 침투합니다.

(ii) 요오드 도포 : 짧은 시간 후에 보라색 염료가 샘플에서 제거되고 매염제 인 요오드가 도포됩니다. 이 단계에서 그람 양성균과 음성균은 모두 진한 보라색으로 염색됩니다.

(iii) 세척 : 세 번째 단계는 알코올 용액 또는 알코올-아세톤 혼합물로 착색제를 세척하는 것입니다. 이러한 솔루션에는 색상을 제거하는 기능이 있지만 일부 샘플에서만 사용할 수 있습니다.

(iv) 사 프라 닌 도포 : 마지막으로 이전 단계에서 도포 한 용액을 제거하고 다른 염료 인 safranin을 도포합니다. 이것은 기본적인 붉은 색입니다. 이 염료는 세척되고 샘플은 광학 현미경의 빛 아래에서 관찰 될 준비가됩니다.

그람 양성 세균 세포벽

염색 단계 (iii)에서 일부 박테리아 만 자주색 염료를 유지하며, 이들은 그람 양성 박테리아로 알려져 있습니다. safranin의 색깔은 그들에게 영향을 미치지 않으며, 착색이 끝나면이 유형에 속하는 것은 자주색으로 관찰됩니다.

염색의 이론적 원리는 요오드와 함께 복합체를 형성하는 보라색 염료의 탈출 여부에 의존하기 때문에 박테리아 세포벽의 구조에 기반합니다.

그람 음성균과 양성균의 기본적인 차이점은 이들이 존재하는 펩티도 글리 칸의 양입니다. 그람 양성은이 화합물의 두꺼운 층을 가지고있어 후속 세척에도 불구하고 자주색 착색을 유지할 수 있습니다.

첫 번째 단계에서 세포에 들어가는 보라색 결정은 요오드와 복합체를 형성하며,이를 둘러싼 두꺼운 펩티도 글리 칸 층 덕분에 알코올 세척으로 빠져 나가기가 어렵습니다.

펩티도 글리 칸 층과 세포막 사이의 공간은 플라스미드 공간으로 알려져 있으며 리포 테이 코산으로 구성된 입상 층으로 구성됩니다. 또한, 그람 양성 박테리아는 벽에 고정 된 일련의 테이 코산을 갖는 것이 특징입니다.

이러한 유형의 박테리아의 예는 인간의 병원균 인 황색 포도상 구균 (Staphylococcus aureus) 종입니다.

그람 음성 박테리아 세포벽

단계 (iii)의 염색을 유지하지 않는 박테리아는 원칙적으로 그람 음성입니다. 이것이이 원핵 생물 그룹을 시각화하기 위해 두 번째 염료 (사 프라 닌)를 적용하는 이유입니다. 따라서 그람 음성 박테리아는 분홍색으로 나타납니다.

그람 양성균이 가지고있는 두꺼운 펩티도 글리 칸 층과 달리 음성균은 훨씬 얇은 층을 가지고 있습니다. 또한, 그들은 세포벽의 일부인 지질 다당류 층을 제공합니다.

우리는 샌드위치의 비유를 사용할 수 있습니다. 빵은 두 개의 지질막을 나타내고 내부 또는 충전물은 펩티도 글리 칸입니다.

지질 다당류 층은 (1) 지질 A, (2) 다당류의 핵심, (3) 항원으로 작용하는 다당류 O의 세 가지 주요 성분으로 구성됩니다.

그러한 박테리아가 죽으면 내 독소 역할을하는 지질 A를 방출합니다. 지질은 열이나 혈관 확장과 같은 그람 음성 박테리아의 감염으로 인한 증상과 관련이 있습니다.

이 얇은 층은 알코올 세척이 리포 폴리 사카 라이드 층 (염료와 함께)을 제거하기 때문에 첫 번째 단계에서 적용된 자주색 염료를 유지하지 않습니다. 그들은 그람 양성에 언급 된 테이 코산을 포함하지 않습니다.

이러한 박테리아 세포벽 조직 패턴의 예는 유명한 대장균 박테리아입니다.

그람 염색의 의학적 결과

의학적 관점에서 그람 양성 박테리아는 일반적으로 페니실린 및 세 팔로 스포린과 같은 항생제를 사용하여 쉽게 제거되기 때문에 박테리아 벽의 구조를 아는 것이 중요합니다.

대조적으로, 그람 음성 박테리아는 일반적으로 지질 다당류 장벽을 통과하지 못하는 항생제의 적용에 내성이 있습니다.

기타 착색

그람 염색은 실험실에서 널리 알려져 있고 적용되지만, 세포벽의 구조적 측면에 따라 박테리아를 분화 할 수있는 다른 방법론도 있습니다. 그중 하나는 벽에 밀랍과 같은 물질이 붙어있는 박테리아에 강하게 결합하는 산성 염색입니다.

이것은 Mycobacterium 종을 다른 종의 세균과 구별하기 위해 특별히 사용됩니다.

생합성

박테리아 세포벽의 합성은 세포의 세포질 또는 내막에서 발생할 수 있습니다. 구조 단위가 합성되면 벽의 조립이 박테리아 외부로 진행됩니다.

펩티도 글리 칸의 합성은 벽을 구성하는이 거대 분자의 전구체 역할을하는 뉴클레오타이드가 형성되는 세포질에서 발생합니다.

합성은 막 지질 화합물의 생성이 일어나는 원형질막에서 진행됩니다. 원형질막 내부에서 펩티도 글리 칸을 구성하는 단위의 중합이 발생합니다. 전체 과정은 다양한 박테리아 효소에 의해 지원됩니다.

하락

눈물, 점액 및 타액과 같은 체액에서 자연적으로 발견되는 효소 인 리소자임의 효소 작용으로 인해 세포벽이 분해 될 수 있습니다.

이 효소는 그람 양성균의 벽에서 더 효율적으로 작용하며 후자는 용해에 더 취약합니다.

이 효소의 메커니즘은 펩티도 글리 칸의 모노머 블록을 결합하는 결합의 가수 분해로 구성됩니다.

Arqueas의 세포벽

생명은 박테리아, 진핵 생물, 고세균의 세 가지 주요 영역으로 나뉩니다. 후자는 표면적으로 박테리아를 연상 시키지만 세포벽의 본질은 다릅니다.

고세균에는 세포벽이있을 수도 있고 없을 수도 있습니다. 화학적 조성이 존재한다면 일련의 다당류와 단백질을 포함하여 다양하지만 지금까지 펩티도 글리 칸으로 구성된 벽을 가진 종은보고되지 않았습니다.

그러나 그들은 pseudomurein으로 알려진 물질을 포함 할 수 있습니다. 그람 염색을 적용하면 모두 그람 음성이됩니다. 따라서 고세균에서는 염색이 유용하지 않습니다.

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박테리아 세포벽 : 특성, 생합성, 기능 - 생물학 - 2026