[진핵 미생물 세포] 세포분열과 미토콘드리아

원핵세포와 비교하여, 진핵 미생물은 구조적으로 더 복잡하고 더 큰 세포입니다. 진핵생물을 연구하는 데 사용되는 일반적인 모델로서 진핵 미생물의 구조/기능적인 면을 다루며 미생물 세포의 구조와 기능을 설명해보겠습니다.

 

핵과 세포 분열

진핵세포는 함유하고 있는 소기관이 다양하지만, 단위막에 둘러싸여 있는 핵. 은 공통이고 진핵세포를 확인하는 검증 표지가 됩니다. 미토콘드리아는 거의 모든 진핵세포에 존재하는 반면에, 색소성 엽록체는 광영 양성 세포에서만 발견됩니다. 다른 구조는 골지체, 리소좀, 소포체, 미세소관, 미세섬유가 있습니다. 일부 진핵 미생물은 편모와 섬모 또는 운동 소기관을 함유하고 있으며 일부는 함유하지 않고 있습니다. 진핵 미생물 또한 곰팡이와 조류는 세포벽과 같은 외부 구조를 가지고 있습니다.

핵

핵은 진핵세포의 염색체를 함유하고 있습니다. 핵 안에 있는 DNA는 히스톤(양전하를 가지고 있는)이라고 불리는 단백질을 감싸고 있으며, 음전하의 DNA를 단단히 포장하여 뉴클레오솜을 형성하고, 이를 기본으로 하여 염색체를 형성됩니다. 핵은 한 쌍의 막으로 둘러싸여 있으며, 각각의 고유 기능을 가지고 있으며, 공간으로 구분됩니다. 내막은 단순한 주머니인 반면, 외막은 많은 위치에서 소포체와 연결되어 있습니다. 내부와 외부 핵막은 각각 핵질과 세포질과 상호작용하도록 분화되어 있습니다. 핵막에는 내막과 내막이 접합된 곳에 있는 구멍으로 만들어진 세공을 가지고 있습니다. 세공은 수송단백질이 다른 단백질과 핵산을 핵 안팎으로 들여오고 내보낼 수 있도록 하며, 핵 수송이라고 합니다.

 

핵 안에 리보솜 RNA의 합성 장소인 인이 있습니다. 인은 RNA가 많이 있으며, 세포질에서 합성된 리보솜 단백질이 인으로 수송되어 리보솜 RNA와 결합하여 진핵세포 리보솜의 작은 소단위와 큰 소단위를 형성합니다. 이후, 세포질로 이동하여 완전한 리보솜을 만들고 단백질 합성 기능을 수행하게 됩니다.

 

세포분열

진핵세포는 엽록체가 복제되고, 핵이 형태를 잃어버리고, 엽록체가 두 세트로 분리되며, 핵이 차세대 세포에서 재형성되는 과정을 거쳐 분열합니다. 많은 진핵 미생물은 두 개의 유전 상태를 가질 수 있습니다. 반수체와 배수체. 배수체 세포는 각 염색체의 두 복사본을  가지고 있으며, 반수체는 하나 복사본을 가지고 있습니다. 예를 들어, 맥주 효모는 배수체(32개 염색체)로 존재할 뿐만 아니라, 반수체(16개 염색체)로 존재할 수 있습니다. 그러나 유전 상태와 관계없이 세포 분열 중, 먼저 염색체의 숫자는 배가된 후, 차세대 세포가 정확하게 염색체를 가질 수 있도록 염색체가 절반으로 줄어듭니다. 이 과정은 진핵세포에 있는 유사분열입니다. 유사분열 중 염색체는 압축되고, 분열하여 두 세트로 나눠져 하나씩 차세대 세포로 분리됩니다.

 

유사분열과 반대로, 감수분열은 배수체가 반수체 상태로 바뀌는 과정입니다. 감수분열은 두 번의 세포 분열로 구성되어 있습니다. 첫 번째 감수분열에서는 동일한 염색체가 분열된 세포로 분리되어, 배수체에서 반수체의 유전 상태로 전환합니다. 두 번째 감수분열은 기본적으로 유사분열과 같으며, 두 개의 차세대 세포가 생식 세포라고 불리는 모두 4개의 반수체 세포로 분열합니다. 고등 생물에서는 난자와 정자가 이러한 세포입니다. 진핵 미생물에는 포자 또는 연관된 구조가 이러한 세포입니다.

 

미토콘드리아, 하이드로게노솜과 엽록체

진핵생물의 에너지 대사 작용에 특화되어 있는 소기관은 미토콘드리아와 하이드로게노솜과 광영 양성 진핵생물에는 엽록체를 포함합니다.

 

미토콘드리아

호기성 진핵세포에서 호흡은 미토콘드리아에서 일어납니다. 미토콘드리아는 세균의 크기를 가지고 있으며 다양한 모양을 가질 수 있습니다. 세포당 미토콘드리아의 숫자는 어느 정도 세포의 종류와 크기에 달려 있습니다. 동물 세포는 1,000개 이상의 미토콘드리아를 가지고 있지만, 효모 세포는 매우 적은 수의 미토콘드리아를 가지고 있습니다. 미토콘드리아는 두 겹의 막으로 둘러싸여 있습니다. 핵막과 같이, 외부 미토콘드리아 막은 상대적으로 투과성을 가지며 작은 분자가 통과할 수 있는 세공을 가지고 있습니다. 내부 막은 투과성이 적고 구조는 진정 세균의 세포막과 매우 유사합니다.

 

미토콘드리아는 또한 크리스타라고 불리는 일련의 포개진 내막을 가지고 있습니다. 이 막은 내막의 함입에 의해 형성된 것으로 호흡과 ATP 생산에 관여하는 효소를 가지고 있습니다. 또한 크리스타는 ATP와 같은 중요한 분자가 미토콘드리아의 가장 안쪽의 구성요소인 매트릭스 안팎으로 이동하는 것을 조절하는 수송단백질을 가지고 있습니다. 매트릭스는 유기화학물의 산화를 담당하는 수많은 효소, 특히 유기화학물을 CO₂로 연소시키는 주회로인 구연산 회로의 효소를 함유하고 있습니다.

하이드로게노솜

일부 진핵 미생물은 산소에 의해 죽어, 많은 원핵생물과 같이 혐기성 상태에서 살아갑니다. 이런 미생물은 미토콘드리아가 없고 일부는 하이드로게노솜이라고 불리는 구조를 가지고 있습니다. 미토콘드리아와 비슷한 크기이지만, 하이드로게노솜에는 구연산 회로의 효소들과 크리스타를 가지고 있지 않습니다. 하이드로게노솜을 가지고 있는 진핵 미생물은 단지 발효 대사만을 합니다. 예로는 인간 기생성 편모충인 Trichomonas와 반추동물의 반추위에서 살아가거나 산소가 결핍된 진흙과 퇴적물에서 서식하는 다양한 원생동물이 있습니다.

 

하이드로게노솜에서 일어나는 주요 생화학 반응은 피루브산을 H₂, CO₂와 아세트산으로 산화하는 것입니다. 일부 혐기성 진핵생물은 세포질에 H₂를 사용하는 메탄생성균을 가지고 있습니다. 이런 고세균은 하이드로게노솜에서 생성된 H₂와 CO₂를 사용하여 메탄을 생성합니다. 하이드로게노솜은 호흡을 할 수 없기 때문에 미토콘드리아와 달리 피루브산 산화반응으로 생성된 아세트산을 산화시킬 수 없습니다. 따라서 아세트산은 하이드로게노솜으로부터 숙주 세포의 세포질로 분비됩니다.

 

엽록체

엽록체는 광합성을 하는 진핵 미생물의 엽록소를 가지고 있는 소기관이며 광합성을 하는 기능을 가지고 있습니다. 엽록체는 상대적으로 커서 광학현미경으로 관찰이 가능하며 세포당 숫자는 종에 따라 다릅니다. 

 

미토콘드리아와 마찬가지로 엽록체 투과성이 있는 외막과 이보다는 투과성이 낮은 내막을 가지고 있습니다. 엽록체는 상대적으로 커서 광학현미경으로 관찰이 가능하며 세포당 숫자는 종에 따라 다릅니다.

 

미토콘드리아와 마찬가지로 엽록체도 투과성이 있는 외막과 이보다는 투과성이 낮은 내막을 가지고 있습니다. 내막은 미토콘드리아의 매트릭스와 유사한 스트로마를 감싸고 있습니다. 스트로마는 대부분 광 영양체들이 CO₂를 유기화합물로 전환시키는 일련의 생합 성반응인 캘빈 회로에 가장 중요한 효소인 Rubis CO라는 효소가 다량 함유하고 있습니다. 엽록체의 외막의 투과성은 광합성 중 생성된 포도당과 ATP를 생합성에 이용할 수 있도록 세포질로 확산될 수 있도록 합니다. 

 

엽록체에서 광합성의 명반응에 필요한 엽록소와 다른 구성성분은 틸라코이드라고 불리는 일련의 납작한 막 원반에 위치합니다. 세포막과 같이 틸라코이드 막은 매우 비투과성이며 주요 기능은 ATP를 합성하도록 빛에 의한 양성자 동력을 만들어 내는 것입니다.