(미생물학) 세균 – 구조와 기능 아포 증식환경 세균증식곡선 (문제 포함)
세균의 구조와 기능
• 세균(bacteria) : 대표적인 원핵생물
• 대부분 스스로 살아갈 수 있다
• 세포막, 세포벽, 핵으로 구성
• 중요한 특징 : 핵막이 없으며, 핵산은 DNA와 RNA 모두를 가지고 있다는 점
• 항생제에 사멸
• 이분열 증식
• 일반세균과 다른점 : 리케차(rickettsia)와 클라미디아(chlamydia)는 일반 세균의 특징을 가지고 있으면서 숙주세포에 의존해야 증식할 수 있다.
세균/바이러스 특징
15. 세균(bacteria)의 일반적인 성질이 아닌 것은?
① 2 분열( binary fission )법으로 증식한다. ② DNA , RNA 중 하나를 가지고 있다.
③ 인공배지에서 잘 자란다. ④ 광학현미경으로 관찰할 수 있다.
16. 바이러스(Virus)의 일반적인 특성이 아닌 것은?
① 세균여과기를 통과한다. ② 전자현미경으로만 볼 수 있다.
③ 조직 배양 및 생세포에서만 증식한다. ④ DNA , RNA 를 모두 가지고 있다.
4. 바이러스를 생물이라고 하지 않는 이유는 무엇인가?
① 세포가 아니다 ② 스스로 보게할 수 없다
③ 대사작용이 없다 ④ 모두 정답.
(1) 세포벽 (cell wall)
• 대부분의 원핵생물들의 세포질막은 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있음
• 세포벽의 기능
– 세포의 형태를 유지
– 삼투압 충격(osmotic shock)과 같은 외부 환경으로부터 세포의 내부 구조물과 세포질막 보호
• 거의 모든 세균의 세포벽은 peptidoglycan(murein)이라는 거대 분자들의 망상구조
• 페니실린(penicillin), 세펨(cephem)계 항생물질
– 세균의 세포벽 합성과정 마지막 단계에 작용하는 전위효소(murein transpeptidase)를 억제,
-> peptidoglycan 의 주성분인 murein의 합성을 방해
-> 세균 세포벽의 생화학적 구조를 파괴 => 세균의 증식 억제
• 라이소자임(용균효소, lysozyme)
– 눈물과 침에 존재하는 생체방어성 분비 효소, 숙주에 칩입하는 미생물을 파괴
• 세균은 그람염색법에 대한 반응의 차이에 따라 그람양성세균과 그람음성세균으로 구분
• peptidoglycan의 양적 차이와 생화학적 조성 차이에 따라 결정
① 그람 양성세균의 세포벽
• 세포벽의 약 90%를 차지
• 그람염색 과정 시 1차 염색제(crystal violet) 처리 후 탈색제(acetone alcohol)를 사용했을 때, 염색제 crystal violet은 탈색되지 않고 청자색으로 염색
– 두꺼운 peptidoglycan층이 존재, 1 차 염색액이 세포질 외막(periplasmic space) 공간 내에 유지되기 때문
아포
• 진균류는 진핵세포성 포자(spore)를 형성하여 생식과 휴면상태를 유지, 세균은 원핵세포성 아포(endospore)로 일종의 휴면세포(resting cell) 상태의 특수 구조
– 세균은 생존에 불리한 환경(영양, 온도, 수분 등)이 주어지면 아포를 생성
• 영양과 환경이 호전될 때 다시 대사하는데 요구되는 최소 한의 수분과 요소만을 포함
– 세균의 증식에 유리한 환경이 되면 다시 발아하여 정상적으로 증식
• 내구력이 강하고 두꺼운 벽을 지니고 있기 때문에 121℃에서 15분간 고압증기멸균(autoclaving)을 해야 사멸
16. 아포를 형성하는 편성 무산소성 그람양성간균은?
① Clostridium. ② Bacillus ③ Fusobacterium ④ Leptotrichia
22. 세균 아포에 대해 옳은 것은?
가. 건조된 상태에서 생존 가능
나. 어떤 그람양성세균들 내에서 형성된다.
다. 일반적인 염색법을 이용하지 않는다.
라. 대사적으로 활성이 있다.
① 가, 나, 다. ② 가, 다 ③ 나, 라 ④ 가, 나, 다, 라
23. 세균의 아포는?
① 그람양성균주에는 나타나지 않는다
② 대사적으로 활성을 가진다
③ 열에 대해 영양세포들보다 저항성 가진다.
④ 그람음성균주들에 나타난다
23. 아포까지 멸균시키려면?
① 121℃에서 15분간.
② 소독약에서 2시간
③ 일광에 3일간
④ 간혈멸균으로 2시간
세균의 증식환경
• 미생물이 증식하는데 필요한 환경인자(environmental factor)
– 온도, 산소 농도, 수분 활성도, 빛의 세기, 삼투압, pH 등
(2) 환경 조건
• 온도 (temperature)
– 미생물의 증식과 사멸에 있어 가장 중요한 요소 중의 하나
– 최적 온도(optimal temperature)에서 가장 잘 증식
: 미생물이 가장 짧은 시간 내에 세대 시간을 갖게 하여 최대 증식률을 나타내는 온도를
– 최고 온도 이상 시 미생물의 대사 효소계에 불활성화 초래
– 미생물은 최고 증식온도보다 높은 온도에 노출 시 사멸
– 낮은 온도에서는 휴면상태(dormant state)로 들어가 미생물의 대사가 저하 또는 정지
: 미생물 균주의 장기 보존은 액체 질소에서와 같은 초저온에서 동결 보존 가능
• 산소 (oxygen)
– 미생물 증식률에 영향을 미치는 산소분자의 농도
① 산소성세균 obligatory aerobes
– 유리 상태의 산소 공급 없이는 증식할 수 없는 세균, 호흡을 위해 반드시 산소가 필요
– 보통 사이토크롬 효소가 발달된 균(예 : 결핵균, 녹농균, 백일해균 등)
② 조건무산소성세균 aerobic and facultative anaerobes
– 유리 산소의 유무와 관계없이 증식, 산소의 존재하에 더욱 증식이 활발한 세균
(예 : 대장균, 살모넬라균, 포도알균 등 대부분의 세균)
③ 미세산소성세균 microaerophiles
– 증식에 산소가 필요, 고농도의 산소는 독소로 작용, 극히 적은 산소 농도에서 최대의 증식
(예 : Campylobacter, Listeria 등)
④ 산소내성세균 aerotolerants
– 무산소성세균 중에서 약간의 산소가 존재해도 생존 가능한 세균(예 : Clstridium 속 일부)
⑤ 무산소성세균 obligatory anaerobes
– 유리 산소가 존재하면 유해작용을 받아 증식이 되지 않는 세균
(예 : 파상풍균(Clostridium tetani), 가스괴저균(Clostridium perfringens) 등
• 수분 (water)
– 세균의 질량 80~90% 차지
– 세균의 발육, 배양, 대사활동을 포함한 모든 미생물의 증식에 필요
– 영양소의 용매로 작용하여 영양의 흡수, 생체의 생화학 반응에 관여
– 건조식품에서는 많은 미생물의 증식은 억제, 오랫동안 생존
: 원리를 이용한 냉동진공건조(lyophilization) =>미생물을 장기간(20년 이상) 보존
• 삼투압 (osmostic pressure)
– 원형질 분리(plasmolysis)
: 고장액(고농도의 설탕 및 식염수) 속에 세균 세포를 넣으면 세포질 내의 수분이 빠져나와 세포질 막은 수축되고
세포막도 세포벽에서 박리
– 삼투압이 높은 환경에서 세균은 사멸하지 않고 생존
– 고농도하에서는 사멸
• 염도 (salinity)
– 호염성세균(halophiles)
: 증식하기 위해 고농도의 염류를 필요로 하는 미생물
: 증식을 위해 염화나트륨(NaCl)과 같은 염류가 필요
– 일반적인 세균은 고농도 염류하에서 세포 막의 운반체계 파괴, 단백질 변성
– 초호염세균인 Halobacterium
: 특이한 세포질막, 효소 활성에 고농도의 염류가 요구되는 특정 효소를 많이 보유
– 대부분의 세균은 0.5%의 염류에서 증식
• 수소이온 농도 (potential of hydrogen, pH)
– pH 7.0은 중성, pH가 높을수록 염기성, 낮을수록 산성
– 병원성 미생물은 pH 5.0 이하의 산성, pH 8.5 이상의 염기성에서 파괴
– 사람의 혈액 pH 7.4에서 증식
– 한계 pH
: 미생물이 증식하는 pH 범위
: 일반적으로 세균은 pH 6~9, 진균류는 pH 5~9
– 호산성세균(acidophils)은 매우 낮은 pH에서 증식
– 유산생성세균(유산균, 예 : Lactobacillus속)과 항산성세균(acid fast bacilli)은 비교적 산성(pH 4~6)에서 증식
– 콜레라균(Vibrio cholerae) 등과 같은 호염기성세균(basophils)은 염기성(pH 7.6~8.0)에서증식
• 이산화탄소
– 임균(Neisseria gonorrhoeae), 용혈성 사슬알균(Streptococcus hemolyticus) 등과 같은일부 세균은
증식 환경에 일정한 양의 CO 2 가 있어야 증식
12. 미생물의 증식 환경에 영향을 미치는 인자가 아닌 것은?
① 수소 이온 농도
② 온도(저온균, 중온균, 고온균)
③ 삼투압
④ 지방.
세균증식곡선
• 세균은 이분열법에 의해 세포 수가 2배로 증식
• 세대시간(generation time)
– 활동 중인 세포분열 기간 동안 세포 수를 결정
– 일반적으로 균수의 2배수가 될 때를 의미
• 영양물질의 소모, 대사 생성물의 축적 또는 기타의 여러 제한적 요소에 의해 증식이 제한
– 일정 시간 후 발육이 정지, 증식 세포 수보다 사멸 세포 수가 증가
• 세균의 정상적인 증식 곡선
– 유도기, 대수증식기(또는 지수증식기), 극기정지기, 대수사멸기의 4단계
(1) 유도기 (lag phase)
• RNA의 함량 증가, 효소 활성이 강해져 증식을 준비하는 시기
• 세균 세포의 크기 2배, DNA의 양적 증가는 변하지 않으며 세균 증식X
(2) 대수증식기 (logarithmic phase)
• 세균의 대사가 활발, 규칙적으로 이분열 =>증식 곡선상 일직선 상승이 일어나는 시
• 세균의 대사가 왕성=> 소독, 멸균, 화학요법, 기타 약제에 감수성 높음
(3) 극기정지기 (stationary phase)
• 더 이상 세균 수의 증가가 일어나지 않는 시기
• 세균의 분열 속도가 낮아지고 일부분의 세균이 사멸=>극기정지기
• 증가균 수와 사멸균 수는 평형
(4) 대수사멸기 (logarithmic death phase)
• 세균의 사멸과 약화에 의해 생균 수가 감소, 생산된 산에 의해 사멸을 촉진하는 시기
12. 증식곡선에서 세균세포의 균형있는 성장과 관계있는 것은?
① 유도기
② 대수증식기.
③ 정지기
④ 사멸기
⑤ 대수증식기와 정지기
13. 세균 성장단계에서 성장이 정지되는 상태는?
가. Lag phase 나. Exponential phase 다. Maximum stationary phase 라. Decline phase
① 가, 나, 다
② 가, 다.
③ 나, 라
④ 라
⑤ 가, 나, 다, 라