<p style="FONT-SIZE: 13px; MARGIN: 0px 0px 5px; COLOR: #000000; TEXT-INDENT: 0px; FONT-FAMILY: &quot;굴림&quot;; TEXT-ALIGN: justify"><br /><font face="Arial" size="2">-Membrane transport systems<br />&nbsp;과생산된 영양성분의 이동과 방출은 세포에서 일어나는 일 중 중요한 역할을한다. 이동을 위한 다른 mechanisms는 prokaryotes에서 매우 혁명적이며, 이 각각은 단일의 특색을 가지게 된다. Membrane transport proteins의 기능과 구조를 살펴보면, prokaryotes에서는 기질을 이동시키기 위한 세 가지 system이 존재한다.<br />그 세 가지를 각각 simple transport, group translocation, 그리고 ABC system이라고 한다. 단순한 transporters는 세포막에 박힌 단백질만을 필요로 한다. Group translocation은 transport가 일어나는 사건에서 protein이 연속으로 존재해야 한다. ABC system은 substrate-binding protein, membrane transporter, 그리고 ATP-hydrolyzing&nbsp; protein을 필요로 한다.<br />Transport systems의 모든 것은 proton mortive force라는 에너지, ATP에서 온 에너지, 또는 에너지를 많이 가지고 있는 다른 compound에서 에너지를 얻는다.<br />사실상 모든 박테리아의 transport systems의 membrane에 박혀있는 protein에서는 그들의 1차, 2차 구조에서 significant homologies를 볼 수 있는데, 이는 그들의 일반적 evolutionary roots에 근거한다고 볼 수 있다. 구조적으로, 이 transproters의 형태는 12개의 &alpha;-helices로 구성되어 있는데 이것은 membrane에 박혀있는 형태로 존재하고 이동하는 기질이 channel을 통과할 수 있도록 형태가 구성되어 있어서 cell 밖의 기질을 cell 안으로 들어올 수 있도록 도와주는 역할을 한다.<br />활성을 띈 transport event는 기질이 protein에 binding 된 후 protein의 conformational change가 일어나면서 transport가 일어나고, 이 event는 기질이 cell 안으로 membrane을 가로질러서 들어올 수 있도록 도와주는 역할을 한다.<br />Transporters의 최소의 세 가지 classes는 각각 Uniporters, Symporters, Antiporters라고 명명한다.<br />&nbsp;&nbsp;&nbsp;Uniporters :&nbsp;단일 물질이 혼자서 membrane에 박혀있는 protein을 가로질러서 cell 안으로 들어갈 수 있는 것을 말한다.<br />&nbsp;&nbsp; Symporters :&nbsp;다른 기질과 필요한 기질이 서로 binding해서 같은 방향으로 membrane에 박힌 protein을 가로질러서 cell안으로 들어가는 것을 이야기한다.<br />&nbsp;&nbsp; Antiporters : 이들의 이름은 implies라고 하고, cell 바깥의 기질이 cell 안의 기질과 서로 다른 방향으로 protein을 가로질러서 cell안으로 들어가는 것을 이야기한다.<br /><br />Lactose Uptake in <em>Escherichia coli</em> : The Lac permease<br /><br />박테리아에 속하는 microorganisms 중 대표적인 Escherichia coli(E.coli)는 disaccharide sugar인 lactose를 이용해서 대사를 한다. Lactose는 Lac permease라고 불리는 symporter의 activity를 통해서 E.coli의 세포 안으로 들어가게 된다. Lac permease는 simple transporter이다.&nbsp;Lac permease의 activity는 uniporters 또는 antiporters와 같은 기능을 가진 것을 포함하는 다른 simple transporters와 함께 compare되어 있다.<br />Lac permease는 에너지를 필요로한다. 각각의 latose molecule은 cell 안의 수소의 co-transport에 의해서 느리게 감소되는 proton motive force에 의해서 에너지를 얻는다.&nbsp;<br />Lac permease의 activity의 결과 생긴 net charge는 cell을 위해서 사용될 수 있는 에너지의 yield를 이용해 대사할 수 있는 높은 농도의 Lactose를 축적하는 데 이용된다.<br /><br />Group translocation : The phosphotransferase system<br /><br />Transport 되는 기질의 transport mechanism인 group translocation은 membrane을 가로질러서 통과하는 동안 사용되는 화학적 과정이다.<br />Group translocation을 살펴보는 가장 좋은 방법은 E.coli 내부의 glucose, mannose, fructose 등의 sugars의 transport를 살펴보면 된다.<br />이 compounds는 phosphotransferase system에 의해서 phosphorylation되어 옮겨진다.<br />이 phosphotransferase system은 protein으로 구성되어 있는데, 이것은 5개의 protein을 필요로 한다.&nbsp;<br />Sugar가 옮겨지기 전에, phosphotransferase system의 protein은 membrane에 박혀있는 protein에 전달되기 전에 그들 스스로&nbsp;증폭되어 phosphorylation과 dephosphorylation이 되는데, 이러한 일을 하는 효소를 Enzyme Ⅱc라고 하고, 이것은 phosphate group을 옮겨주고, actual transport event에 의해서 sugar에 phosphorylation을 한다.<br />한 작은 protein을 HPr이라고 하고, EnzymeⅠ이 phosphorylation에 관여하고, EnzymeⅡa는 cytoplasmic protein이다. 대조적으로 EnzymeⅡb는 내부 membrane 표면에 누워있고, EnzymeⅡc는 membrane에 박혀있는 단백질이다. HPr과 EnzymeⅠ은 특이한 Enzyme Ⅱ 가 각각의 독립적인 sugar를 transport하기 위해 존재하는 동안 다양한 sugars의 ,uptake에 관여하는 것과 phosphotransferase system의 특별하지 않은 components이다.<br />Phosphotransferase system으로부터 얻은 에너지는 phosphoenolpyruvate라는 에너지를 많이 가지고 있는 compound로부터 온다. 그러나, 하나의 에너지를 많이 가지고 있는 phosphate bond의 형태에서 온 에너지일지도 특색있는 이것은 glucose molecule을 옮기는 process에 포함되어있다.<br />Glucose에서 glucose-6-phosphate로 phosphorylation하는 것은 세포 내부의 대사 과정에서 첫 번째 step이다. 그러므로, phosphotransferase system은 중앙의 대사 과정에서 직접 들어가기 위한 glocose의 준비과정이라고 할 수 있다.<br /><br />Periplasmic binding proteins and the ABC system<br /><br />Periplasm은 다양한 protein으로 구성되어 있고, transport의 많은 기능을 가지고 있다. 이것을 periplasmic binding protein이라고 한다.<br />Transport system은 세 가지 components로 나뉘어 볼 수 있다.<br />① Periplasmic binding proteins<br />② Membrane spanning proteins<br />③ ATP-hydrolyzing proteins(kinase)<br />이 중 마지막 것은 에너지를 필요로 하는 것이다. 이러한 type 의 transporters는 ABC transport system이라고 불리어 졌는데, 그 이유는 ATP를 binding 하는 cascatte를 위해서 ABC가 사용되기 때문이다.<br />200개 이상이 되는 서로 다른 ATP transport systems는 prokaryotes에서는 동일하게 나타나는데, 이러한 transporter의 구조적 연구는 연관된 protein의 family를 밝히는 것이 그 목적이다.<br />ABC transporters는 sugars와 amino acids와 같은 organic nutrients를 위해서 존재하는데, 이것 뿐만 아니라 sulfate와 phosphate와 같은 inorganic nutrients와 소량의 금속들을 위해서 존재한다.<br />ABC type transport systems의 흥미로운 특성 중 하나는 periplasmic-binding proteins의, substrate와 높은 친화력을 갖는다는 점이다.<br />이 proteins는 periplasms 안에서 움직일 수 있고, substrates의 농도가 매우 낮을 때에도 binding 할 수가 있다. 예를 들어, substrate의 농도가 1 micromolar(10&macr;6 M) 또는 이것보다 더 작은 농도일 때에도 쉽게 binding 할 수 있고, periplasmic binding proteins에 의해서 옮겨질 수도 있다. 각각의 membrane에 박혀있는 component와 함게 complex가 interacts 하고, ATP의 energy를 사용하여 transport event가 일어나게 된다.<br />흥미롭게도, Gram positive bacteria 는 periplasm이 없는데도 불구하고, binding protein에 의존하는 transport systems는 이 organisms의 많은 것에서 찾아볼 수 있다. 그러나, Gram positive bacteria에서, 특별한 binding proteins는 cytoplasmic membrane에 박혀있는 상태로 존재한다. 이와는 대조적으로, Gram negative bacteria에서, 이것의 binding protein에 binding 하는 그들의 substrate, 그들은 membrane에 박혀있는 component와 함께 상호작용을 하고, ATP의 사용으로, membrane을 통과하는 transport가 일어난다.<br /><br />Protein Export<br />지금까지 우리는 transport의 논의를 small molecules에 초점을 잡아서 설명해 왔다. Proteins같은 large molecules의 transport는 어떻게 일어날까? 적당한 기능을 이용해서, 많은 proteins이 cytoplasmic membrane의 바깥쪽 물질을 옮기기 위해 필요하거나 또는 특별한 방법으로 membrane 안으로 들어올 수 있게 된다.<br />Prokaryotic cells에서 일어나는 protein translocation은 translocases라고 불리는 proteins의 활성에 츼해서 일어나는데, 이것의 주요 요소중 하나는 Sec(for secretory) system이다.<br />예를 들어, SecYEG는, membrane에 결합되어진 translocase인데, 이것은 그들의 기능과 함께 특이한 orientation consistent의 membrane 내에서 다른 것들과 inserting 되어 있다.<br />어떤 translocases는 매우 특이적으로 proteins를 밖으로 내보낼 수도 있지만, 그러나 SecYEG는 prokaryotes사이에서 광범위하게 분포되어 있고, 다양한 서로 다른 proteins를 translocation 할 수 있다.&nbsp;<br />Protein export는 bacteria에서 매우 중요한데, 그 이유는 많은 bacterial enzymes의 기능에 필요한 것들이 cell 밖에서 많이 생성되기 때문이다(Exoenzymes)<br />예를 들어, amylase 또는 cellulose 같은 hydrolytic exoenzymes는 그들이 glucose의 연결체인 starch나 cellulos를 분해할 때 cell의 environments에서 연속적으로 분비된다.<br />이러한 작용은 세포가 탄소를 enzyme source로 이용하기 위해서 일어난다.<br />무엇보다도, 많은 pathogenic bacteria는 host cell에 들어가 있는 동안 다른 해로운 proteins이나 protein toxins 등을 분비한다.<br />모든 이러한 large&nbsp;molecules는 cytoplasmic membrane을 통해서 이동하는 데 필요하고, SecYEG 같은 translocases는 이러한 transport가 일어나도록 하는 데 도움을 준다.<br /><br />※ The cell wall of prokaryotes : Peptidoglycan and related molecules<br /><br />Bacteria의 세포는 solutes에 용해될 수 있는 물질이 높은 농도로 구성되어 있다. 이러하나 이유에서, E.coli같은 bacterial cell의 2 ,atmospheres정도의 압력이 생기는데, 이것은 tire의 압력과 같다. 이러한 압력에 의해서도 cell이 터지지 않는 이유는 bacteria가 cell walls를 가지고 있기 때문인데, cell wall은 세포의 모양 변화를 막아주고, 세포가 단단할 수 있는 기능을 준다.<br />우리는 Bacteria에서 gram&nbsp; positive와 gram negative라고 불리는 두 주요 group의 cell wall을 찾아볼 수 있다.<br />Gram positive와 gram negative 사이의 차이점을 관찰하는 방법으로는 gram stain이 있는데, 그런, cell wall structure의 차이는 gram-staining reaction에 핵심이 있다.<br />Gram negative cell wall은 여러 개의 층으로 구성된, 완전히 complex된 구조로 되어 있고, 이에 대조적으로, Gram-positive cell wall은 molecule의 single type의 1차 구조로 형성되어 있고 매우 얇다.<br />Cell wall에 대한 초점은 prokaryotes인 bacteria와 archaea의 cell walls의 polysaccharide component에 맞추고 있다.<br /><br />Peptidoglycan<br /><br />Bacteria의 cell walls는 단단한 층으로 구성되어 있는데, 세포벽의 길이를 위하여 1차적으로 필요한 것이다.<br />Gram negative bacteria에서 추가되는 층은 이 단단한 층의 바깥쪽에서 나타난다.<br />Gram negative와 gram positive bacteria의 단단한 층은 화학적 구조가 매우 유사하다. Peptidoglycan이라고 불리는, 이 polysaccharide는 두 개의 sugar로 나뉘어질 수 있는데, 이 두 개의 molecules는 N-acetylglucosamine과 N-acetylmuramic acid로 나뉘어질 수 있고, L-alanine, D-alanine, D-glutamic acid와 같은 특이한 amino acids, 그리고 lysine 또는 diaminopimelic aced(DAP) 둘 중 하나를&nbsp; 포함하게 된다.<br />이 구성 요소들은 glycan tetrapeptide라는 반복되는 구조의 연결로 구성되어 있다.<br />Peptidoglycan의 기본적인 구조는 cell 주변에 peptidoglycan이 다른 하나와 결합해서 뉘워있는 형태로 구별되서 구성되어 있다. Tetrapeptide cross-links로부터 연결된 sheet form인 glycan chain은 amino acid로 구성되어 있다. Glycan strands의 sugars로 연결된 glycosidic bonds는 매우 강하다. 그러나 이 chains는 혼자 있으면 모든 방향의 단단함을 가질 수 없게 된다.<br />Peptidogylcan structures의 full strength는 아미노산에 의해서 cross-linked 되어 있다. 이 cross-linking은 서로 다른 bacteria에서 다른 길이로 나타나고, cross-linking이 많이 되면 될수록 더 단단해지고 견고해진다.&nbsp; Gram-negative bacteria에서, cross-linkage는 terminal D-alanine의 carboxyl group에서 diaminopimelic acid의 amino group의 peptide linkage에 의해서 일어난다.<br />Gram positive bacteria에서, cross-linkage는 peptide interbridge의 방법에 의해서 일어나는데, amino acid의 종류와 수는 organisms에 따라서 매우 다양하게 나타난다. 예를 들어, Staphylococcus aureus, Gram positive bacterium중 가장 잘 연구되어 있는 이것을, 5개의 glycine molecule이 interbridge로 peptide를 구성하고 있다.<br />Gram-positive bacteria에서 cell wall의 90% 이상은 peptidoglycan으로 구성되어 있고, teichoic acid라고 불리는 다른 molecule은 매우 적은 양만을 찾아볼 수 있다. 그리고 어떤 bacteria에서는 cell을 둘러싸고 있는 peptidoglycan의 single layer로만 구성된 것도 있다. 많은 bacteria, 특히 Gram-positive bacteria는 일반적으로 peptidoglycan의 sheets가 다른 것들과 함께 한 무더기를 만들어 낸다.<br />Gram-negative bacteria의 cell wall은 오직 10% 만이 peptidoglycan으로 구성되어 있다. 그러나 Gram-positive와 Gram-negative 둘의 세포의 형태는 peptidoglycan chains의 길이에 의해서 그리고 chains의 cross-linking의 길이에 의해서 결정이 된다.<br /><br />Diversity in Peptidoglycan<br /><br />Peptidoglycan은 특별한 bacteria에서만 나타난다. Sugar인 N-acetylmuramic acid와 amino acid인 diamino pimelic acid는 Archaea또는 Eukarya의 cell wall에서 찾을 수 있다. 그러나, 모든 bacteria가 그들의 peptidoglycan에 DAP를 가지고 있는 것은 아니다.<br />모든 Gram-negative bacteria에서 peptidoglycan이 나타나지만 그러나 대부분의 Gram positive cocci는 DAP의 lysine이 대신한다. 그리고 Gram positive bacteria는 다른 amino acid를 갖는다. 다른 흔히 나타나지 않는 peptidogylcan의 두 가지 amino acid가 나타나는데 이것은 D- configuration과 D-alanin 그리고 D-glutamic acid이다.&nbsp;<br />100가지 이상의 서로 다른 peptidoglycan types가 알려져 있고, 다양한 interbridge를 형성하고 있다.&nbsp;<br />Glycan portion의 각각의 다른 peptidoglycan structure는 단일 형태이고, sugar인 N-acetylglucosamine과 N-acetylmuramic acid가 나타난다. 이 sugars는 &beta;-1,4 linkage로 연결이 되어 있다.<br />반복되는 unit의 tetrapeptide는 오직 한 amino acid의 주요 다양성을 보여주고, lysine-diamino pimelic acid가 교대로 나타난다. 그러나, position 2에서 D-glutamic acid가 어떤 organisms에서 hydroxylated로 결합하고, 다른 어떤 것에서는 1,3 position의 amino acid에서 substitutions가 일어난다.<br />Tetrapeptide에서 나타나는 amino acids의 어떤 것은 interbridge에서 일어날 수 있다. 그러나 추가로, glycine, theonine, serine, 그리고 aspartic acid 같은 amino acid는 interbridge에서 찾을 수 있다. 그러나, branch를 이루고 있는 amino acids, aromatic amino acids, sulfur-containing amino acids, histidine, arginine, 그리고 proline은 interbridge에서 찾을 수 없다.<br />그러므로, peptidoglycan의 peptide chemisty, peptidoglycan의 backbone - glucosamine과 muramic acid의 반복이 교대로 일어나는 - 은 bacteria의 모든 종에서 동일하게 나타난다.<br /><br />Teichoic acids is a summary of the Gram-positive wall<br /><br />많은 Gram-positive bacteria는 그들의 세포벽에 teichoic acids라고 불리는 acidic substances를 가지고 있다. 모든 cell의 wall과 membrane 또는 capsular polymers를 구성하는 glycerophosphate 또는 ribitol phosphate residues가 teichoic acid에 포함된다. 이 polyalcohols는 phosphate seters에 의해서 연결되어 있고, 대게 다른 sugars와 D-alanine이 attached 되어 있다. 왜냐하면 그들은 negative charge를 띄고 있고, teichoic&nbsp;acids는 cell 표면의 negative charge를 위해 필요한 부분이다.<br />Teichoic acids는 또한 Ca와 Mg같은 2가 양이온을 binding 할 수 있는 기능을 가지고 있다.<br />이들 중 일부는 cell내로 transported되어진다. 확실한 teichoic acids는 membrane lipids에 covalently bound하고 있고, 이러한 이유에서 이들은 lipoteichoic acids라고 불린다.<br /><br />Cells with no walls<br />Peptidoglycan -bacteria의 species의 특징정인 molecule- 은 확실한 작용물질로부터 파괴될 수 있다.<br />Enzyme인 lysozyme같은 protein은 peptidogylcan의 N-acetylglucosamine과 N-acetylmuramic acid 사이의 &beta;-1,4-glycosidic bonds를 깨주는 역할을 한다. 물이 cell안으로 들어가면, cell이 부풀어 오르고 결과적으로 cell이 터지게 되는데 이러한 과정을 lysis라고 한다. Lysozyme은 tears, saliva, 외 다른 몸의 유동체를 가지고 있는 animal 내에서 찾을 수 있고, bacteria에 의해서 감염이 되면 그 기능이 나타난다.<br />만약, solute가 세포 내로 들어가지 않으면, sucrose 같은 것을 cell 현탁액에 첨가해 주면, cell 바깥의 solute농도가 내부와 같게 된다(이러한 condition을 isotonic이라고 한다). 이러한 상태 아래에서 lysozyme은 여전히 peptidoglycan을 끊지만, 물이 cell 안으로 들어가지 못해서 cell lysis가 일어나지 않게 된다. 대신에 protoplast(bacteria가 cell wall을 가지고 있지 않은 상태)를 찾을 수 있다.<br /><br />Chemistry of LPS<br /><br />비록 complex이지만, 일반적 Bacterial로부터 LPS의 화학적 구성 요소는 아직 밝혀지지 않았다.<br />LPS의 polysaccharide portion은 두 개의 components로 구성이 되는데, core polysaccharide와 O-polysaccharide이다. Salmonella species에서 LPS가 가장 잘 연구가 되어 있는데, ketodeoxyoctonate(KDO)의 구성성분인 core polysaccharide, 7개의 탄소로 구성된 sugar(heptoses), glucose, galactose, 그리고 N-acetylglucosamine 등이 있다. Core의 연결체는 O-specific polysaccharide인데, 이것은 galactose, glucose, rhamnose 그리고 mannose(모두 hexose)로 구성되어 있고, 하나 또는 더 많은 일반적이지 않는 abquose, colitose, paratose 또는 tyvelose같은 dideoxy sugars로 구성되어 있다.<br />이 sugars는 4개 또는 5개의 membered sequences로 연결되어 있고, 종종 branch를 형성한다. Sequences가 반복될 때, 긴 O-polysaccharide가 형성된다.<br />Lipopolysaccharide의 lipid portion은, lipid A에 속하는, glycerol lipid는 아니지만, N-acetylglucosamine phosphate의 desaccharide로 구성된 amine ester linkage로부터 연결된 fatty acid로 되어 있다. Disaccharide는 KDO를 통해서 core polysaccharide와 attached 되어 있다.<br />Fatty acids는 일반적으로 caproic, lauric, myristic, palmitic 그리고 stearic acids등을 포함하는 lipid A에서 찾을 수 있다.<br />다른 membrane에서 LPS는 membrane의 바깥쪽 소엽 모양의 구조의 protein과 함께 연결되어 있다. A lipoprptein complex는 gram negative bacteria의 number의 LPS의 내부 소엽 모양의 그것과 찾아진다.<br />Lipoprotein의 기능은 바깥쪽 막과 peptidoglycan사이에 끼어들어가 있다.<br />마지막으로, outer membrane의 바깥쪽 소엽 모양의 부분은, LPS가 phospholipids와 replaced, 이것은 오직 내부 소엽 모양 부분에서 찾을 수 있다. 그러므로, 바깥쪽 membrane이 lipid bilayer라고 생각될 수도 있지만, 이것의 구조는 cytoplasmic membrane과는 구별되는 구조를 가지고 있다.<br /><br /></font></p>