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Microbial growth

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cytoplasmic membrane 은 세포를 완전히 감싸고 있는 얇은 막 구조 이다.

약 8nm 두께 밖에는 안 되지만 매우 중요한 구조로 세포의 외부와 내부를 구분해주는 역할을 한다.   만약에 이 벽이 깨진다면 세포의 구성성분들이 외부로 나와 세포가 파괴되고 결국에는 세포가 죽고 만다.

cytoplasmic membrane은 또한 세포 안에서 특정한 물질대사를 하고 필요 없는 물질은 방출하는 highly selective barrier 이다.

생물학적의 일반적의 벽(membrane)의 구조는 phospholipid bilayer(인지질 이중충)이다.

phospholipid 는 각각 소수성(hydrophobic, fatty acid)과 친수성(hydrophilic, glycerol) 을 반반씩 포함하고 있다.   인을 포함하고 있는 groups 이거나 fatty acids 가 glycerol backbone 에 붙어 그 결과 다양한 화학적 구조를 형성 할 수 있다.

이것들은 이중구조를 형성 하려고 하는 경향이 있다.

fatty acids는 hydrophobic environment(소수성 환경)에 향하고 있고   hydrophilic(친수성)한 부분은 수용성한 외부 환경에 노출되어 있다.   벽에 있는 층의 특징은 아마도 수용성한 환경 안에서 lipid분자가 가장 안정된 상태로 정렬되어 있는 것이 대표적일 것이다.

cytoplasmic membrane은 전자 현미경으로 관찰 할 수 있는데 검은색 지역에 의해 두가지 색으로 구분되어 나타난다.

phospholipid 층과 cytopalsmic membrane 안에 깊숙이 있는 proteins 을 구성하고 있는 것을 unit membrane 이라고 한다.   일반적으로 cell membrane의 주요 proteins는 세포의 바깥쪽과 안쪽에 서로 친수성한 표면이 노출되어 있고   또 벽과 벽 사이에 매달려 있는 이 단백질은 외부표면에 매우 hydrophobic(친수성)을 가지고 있다. cytoplasmic membrane의 전반적인 구조는 친수성한 상호작용과 수소결합에 의해 안정되고 있다.   그리고 Mg²⁺과 Ca²⁺는 phospholipids의 negative charge(음전하)와 이온성 결합에 의해 membrane을 더 안정하게 도와준다.

cytoplasmic membrane의 바깥표면은 외부환경과 측면 해 있다.   그리고 특정한 bacteria 안에서는 여러 가지 단백질이 붙어 있는데 그 이유는 단백질이 물질을 잡거나 거대분자를 만들어   cell 안으로 수송시키기 위해서 이다. cytoplasmic membrane 안쪽에는 세포질과 맡다있고   energy-yielding reaction(에너지를 사용하지 않고 에너지를 얻는 것) 과  다른 중요한 세포 적 기능을 하는   proteins 과 함께 상호작용을 한다. 약간의 periplasm과 약간의 cytoplasmic proteins와 같은 protein은   매우 단단히 막 표면과 결합되어 있고 막에 붙어 있는 proteins 과 같은 기능을 한다. 비록 그것들이 필수적인 막 단백질은 아니지만 여러 가지 cellular process 안에서   필수적인 단백질과 함께 직접적으로 항상 상호작용을 한다. 지방단백질(lipoprotein)과 단백질의 아미노 끝에 지질 꼬리 (lipid tail)를   포함하고 있는 것을 peripheral membrane proteins라 한다. 비록 도표를 보았을 때 단단한 무엇인가 보여도 cytoplasmic membrane은 매우 유동적이다.   phospholipid 와 단백질 분자는 막 표면에서의 움직임이 자유스러운 특징을 가지고 있다.   membrand의 접착성의 측정은 membrane이 가지고 있는 가벼운 등급의 oil(접착성이 적은 기름)에 근접한 접착성을 포함한다.   그러므로 membrane은 움직이기 쉬운 특별한 짧은 길이의 단백질, phospholipid bilayer로 구성된 유동적인 mosics라고 생각할 수 있다.

eukaryotic cell과 prokaryotic cell의 가장 큰 차이점 중 하나는 membrane의 화학적 구성 성분의 차이이다.

eukaryotic membrane의 total lipids 의 5%~25%를 sterols로 만들 수 있다.

sterolssms 단단한 2차구조인 반면에 fatty acids는 구부러지기 쉬운 구조이다.

sterols 와 membrane의 결합은 세포의 구조를 더 안정적으로 해주고 덜 유연하게 만들어 준다.   sterols와 비슷한 분자가 있는데 이것을 hopanoids 라 부른다. 이 hopanoids는 많은 Bacteria의 membrane에 존재 한다.   그리고 eukayotic cell 안에 sterols 와 유사한 기능을 한다.   하나의 구별되는 hopanoid 는 C30 hopanoid diplotene이다.    이 구조는 Archaea에서는 찾을 수 없는 특이한 구조이다.

Archaea 안의 lipids는 화학적으로 독특하다.

Bacteria 와 Eukarya 안의 lipids는 glycerol molecule의 fatty acids인 ester linkages bond 이다.   하지만 Archaea의 lipids는 glycerol과 hydrophobic side chains 사이의 ether likage이다. 게다가 Archaea의 lipids는 fatty acids 가 부족한 대신에 5탄당 탄화수소(five-caebon hydrocarbon) isoprene의   unit들이  반복되어 있는 side chains을 가지고 있다. 그러나 Archaea의 전반적 구조는 안과 외부가 친수성인 표면과 소수성인 내부를 형성하고 있는   lipid membranes로 구성 되어 있다.   Glycerol diethers와 glycerol tetraethers는 Archaea안에 존재하고 있는 주요 lipids의 구성성분이다. 각각의 glycerol molecule로부터 온 tetraether molecules인 phytanyl(isoprenes 4개로 구성)의   side chains이 서로 공유결합(covalent bond)을 하고 있다.

membrane structure 내에서는 lipid bilayer대신에 lipid monolayer를 더 많이 구성하고 있다.

lipid monolayers는 lipid bilayers에 비해서 더 견고하기 때문에 이 membrane structure가   hyperthermophilic Archaea(매우 높은 온도에서 자랄 수 있는 prokaryotes) 의 membrane structure로   구성된다는 것은 그다지 놀라운 일이 아니다.

생물체는 구성세포의 구조 및 복합성 등에 의해 크게 prokaryotes와 eukaryotes의 두가지로 나눌 수 있다.

진핵생물은 구성세포가 고도의 분획화된 막 결합- 세포기관들을 가지며,   특히 유전물질이 막으로 구분되는 핵(nucleus)을 갖는다는 것이 현저한 특징이다.   반면에 원핵생물은 Bacteria처럼 원핵생물계에 속하는 단일세포 생물로서,   원핵생물의 DNA는 핵막으로 둘러 싸여 있지 않으면, 다른 막결합-세포기관 또한 없다.   Bacteria를 비롯한 원핵세포는 대체로 진핵세포보다 훨씬 작아서, 평균 진핵세포 지름의 약 10분의 1에 불과하다.

<img alt="" src="/Biopedia/Biowiki/FCKeditor//editor/images/smiley/msn/teeth_smile.gif" /> 간단히 표로 두 세포의 차이를 알아보겠습니다.

세포는 생명체의 기본단위이다.  이러한 사실은 19세기 전반(1838~1839), 독일의 식물학자 M. Schleiden 과   동물학자 T. Schwann 이  자신들의 관찰을 근거로 하여 식물과 동물체를 이루는 기본단위가 세포임을 주장하면서 밝혀졌다.   근래에 이르러서는 전자 현미경과 동력활달법(freeze etching)등의 기술이 발달하여   세포 내부의 복잡한 구조까지도 상세히 밝히게 되었다. 세포의 미세구조물들을 각각 특유의 기능을 가지면서   세포라는 단위를 이루고 있으며, 여러 가지 물리 · 화학적 분석방법에 의하여   그 구성분자의 특성이나 기능도 밝혀지고 있다. 또한 부분적으로는 이들 미세 구조물의 해체나 재구성도 가능하게 되었다.

동의어

• <a name="#80000000"></a>3. 전자들이 그 주위를 회전하는 원소의 중심.

• <a name="#80000000"></a>4. 유기 화합물 또는 화합물 덩어리 내 중심 원소.

특수한 다핵세포(multinuclear dell)나 무핵세포(non-nuclear cell)를 제외하고는,   일반적으로 1개의 세포에는 1개의 핵이 존재한다. 핵의 크기는 지름이 5~8μm 정도이며,   전자 현미경으로 관찰하면 염색질(chromatin),인(nucleolus), 핵질(karyoplasm), 핵막(nuclear membrane)등을 확인할 수 있다. 핵과 세포질 사이에는 8nm의 두께를 가진 이중층막으로 된 핵막이 있으며,   핵막 중 세포질 쪽으로 향한 막에는 부분적으로 소포체(endoplasmic reticulum)가 연결되어 있으며,   리보솜(ribosome)이 부착되어 있는 핵막에는 지름이 70~150nm 정도인 핵공(nuclear pore)이 여러 개 있으며,   RNA를 포함한 커다란 과립성 물질이 이 핵공을 통하여 핵으로부터 세포질 속으로 이동하여 나오게 된다.

분열기에는 일시적으로 핵막이 소실되지만, 분열의 종기가 되면 소포체의 작은 조각들로부터 다시 핵막이 형성된다.

인(nucleolus)은 핵 속에 1개 또는 여러 개가 존재하는데, 이들의 지름은 2~5μm이며,   가느다란 섬유와 전자밀도가 다소 낮은 과립으로 구성되어 잇다. 짚신벌레의 소핵(micronucleus)이나 동물의 정자핵에는 인이 없다.  인에는 염기성 단백질과 RNA 중합효소(polymerase), DNA 합성효소 등의 효소 이외에 10% 정도의 RNA가 존재한다.   세포질의 rRNA(ribosomal RNA)는 인 형성 염색질의 DNA 염기배열(DNA base sequence)에   따라 우선 큰 RNA 복합체(rRNA 전구체)로서 합성된 후, 절단에 의해 28s와 16s 인 RNA로 되어 세포질 속으로 나온다. 염색질(chromatin)은 전자밀도가 높은 과립의 집합체로서 핵막의 안쪽과 인 주위에 있으며,   DNA와 염기성 핵단백질, 즉 히스톤(histone) 복합체를 주성분으로 하여   소량의 비히스톤(nonhistone) 단백질과 RNA가 첨가되어 구성된다.   DNA의 인산과 히스톤은 정전기적(靜電氣的)으로 결합하여 DNA분자가 안정성과 유연한 구조를 유지하도록 한다. RNA 합성에 관여하고 있는 DNA는 풀어진 상태로 핵질의 투명한 부분에 존재한다.   간세포,  신경세포등 대사가 활발한 세포의 핵은 밝고 염색질이 적다.

세포 안에 유전자의 형태로 유전정보를 가지고 있는 실 모양의 현미경적 구조.

염색체의 구조와 위치는 원핵세포와 진핵세포를 나누는 기준이 된다.   세균이나 남조류와 같이 원핵세포로 구성된 생물에서는   염색체가 전부 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid/DNA)으로 구성되어 있다.   원핵세포의 단일염색체는 핵막으로 둘러싸여 있지 않지만,   진핵세포의 염색체는 막으로 둘러싸인 핵 안에 존재한다.   진핵세포의 염색체는 주위에 단백질이 붙어 있는 DNA로 구성되어 있다.   원핵세포와 진핵세포 모두, 염색체상에 존재하는 DNA의 염기배열에 의해 유전정보가 결정된다.

모든 종(種)은 고유한 염색체수를 가지고 있다. 무성생식을 하는 종에서의 염색체수는 그 생물을 구성하는 모든 세포들에 있어 동일하지만, 유성생식을 하는 생물에서는, 몸을 구성하는 체세포의 염색체수는 이배체(2n)이고, 성세포 또는 배우자의 염색체수는 반수체(n)이다. 반수체의 염색체는 감수분열 과정에서 생성된다. 수정과정에서 2개의 배우자가 결합해 이배체 염색체를 갖는 단세포인 접합자를 이룬다. 체세포는 유사분열에 의해 분열한다. 세포분열과 세포분열 사이에 유전물질인 염색질은 염색사라고 하는 필라멘트의 망구조로 핵 전체에 퍼져 있다. 이러한 긴 필라멘트는 풀려진 염색체로부터 형성되는데 이 상태에서 표면적이 넓어짐으로써 DNA 합성을 촉진하는 것으로 보인다. 이 시기에 DNA의 양이 배(倍)로 복제된다.

세포분열이 시작될 때 염색사는 응축되어 꼬이고 단백질 층에 둘러싸여 아주 작은 염색체를 형성한다. 실제로 각 염색체는 동원체에 의해 서로 결합되어 있는 1쌍의 염색분체로 이루어져 있다. 동원체는 염색분체를 세포의 반대편 끝으로 끌어당기는 구조물인 방추사와 결합하는 부분이다. 세포분열의 중간단계에서 중심체가 복제되고 염색분체쌍이 나뉘게 되는데 각 염색분체는 이 시기에 독립된 염색체가 된다. 세포가 분열하면 2개의 딸세포는 하나의 완전한 염색체 세트(이배체)를 가지게 된다. 이어 새로 형성된 딸세포의 염색체가 풀리게 되고 필라멘트의 망구조가 다시 형성된다. 성(性)이 분리되어 있는 생물체는 기본적으로 성염색체와 상염색체(常染色體)의 2가지 형태 염색체가 있다.

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