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Ch.12 약 미생물 숙주 화학치료의 구성요소

미생물학Ch.12 약, 미생물, 숙주 ? 화학치료의 구성요소▷ 항미생물 치료원칙1. 숙주세포 해X, 감염원 타겟하는 약물2. 항미생물 약물 = 자연적 or 화학적 합성▷ 이상적 항미생물 약품 특징- 미생물 독성, 숙주세포 독성X (선택적 독성)- 항미생물제 내성 확산 일어남X- 감염된 곳으로 즉각적 이동- 숙주 방어 활성 보완, help- 가격 합리적, 알레르기 다른 감염 위험 low- 용해력이 좋고, 희석되어도 활성 유지▷ 항생제 : 호기성 포자형성 세균, 진균류 대사 산물 (Streptomyces, Bacillus속 세균, Penicillium Cephalosporium 곰팡이) / 동일 서식지 다른 미생물 성장 억제 → 항생제 생산 미생물 다른 미생물과 경쟁 low → 영양분 성장공간 획득▷ 페니실린 : 푸른빵곰팡이 발견▷ *항생제 생산 미생물 : Penicillium, Bacillus, Streptomyces▷ 항생제 : 다른 미생물 억제, 파괴하는 자연적 대사과정에서 생성된 물질▷ 합성약품 : 화학반응으로 합성한 항미생물 화합물▷ 협역(제한 범위) : 제한된 미생물 유형에 효과적 항미생물제▷ 광역(확장 범위) : 폭넓은 미생물 유형에 효과적 항미생물제▷ 항미생물제의 특성 : 선택적 독성 (숙주 조직 피해X, 미생물 사멸 or 성장 억제)- 가장 좋은 물질 : 척추동물에 존재X 미생물 기관, 기능 특이하게 작용하는 물질 ( 감염원의 세포학적 특성이 숙주세포와 유사할 경우 선택적 독성이 어려움, 부작용 확률 커짐)▷ 항미생물제 효과 범위- 협역 약제 : 제한된 세포 유형에 효과O (일부 세균의 특정요소 표적)- 광역 약제 : 넓은 미생물 성장 억제 or 죽이는 약제 (약제 작용 목표 = 감염원 공통적 가짐)▷ 약제의 작용기작1. 세포벽 합성의 억제- 대부분 세균 → 세포벽 : 펩티도글리칸- Penicillins, cephalsporins : 펩티도클리칸 합성 억제 → 세포벽 완성 중단- 성장 초기, 성장 중 세포에 작용- Penicillins (협역 약제) : 외막 통과X Gram (-)균 효과 low- 광역 penicillin(carbenicillin) 광역 cephalosporin(cefriaxone) : Gram(-) 세포벽 통과 O2. 세포막 구조, 기능의 파괴- 세포막 손상 → 대사 중단, 용해 → 死- 세포막피해 항생제 → 세포막 지질 종류 차이 → 특정 미생물군 특이성- 폴리믹신 : 세포막 인지질 작용 → Gram(-) 단백질 질소염기 유출 (협역 약제) / 외막 세포막과 결합하여 비정상적 통로 만듦 → 세포 구성요소 누출 → 세포 용해3. DNA RNA(핵산) 구조 기능 억제- N.T 합성, 복제 억제 or 전사 중지 → DNA RNA 합성 방해- 클로로퀸 : DNA 결합 → 이중나선 cross-links 유발- 퀴놀론 : helicase 억제 → 전사, 복제 억제 (광역 약제)- 플로로퀴놀론 : 퀴닌과 화학적 관련 합성 항생제 : DNA gyrase (Gram (-)), topoisomerase Ⅳ(Gram (+)) 결합해 작용- LG 생명과학 ‘팩티브’ Gemifloxacin4. 단백질 합성 억제- 진핵, 원핵세포 리보솜 크기 구조 다름 → 특이성 존재 단백질 합성 항미생물제 (원핵세포에 선택적 작용)- 주의) 진핵 미토콘드리아 : 원핵세포 구조 리보솜 가짐 → 약제 피해 O- 아미노글리코사이드 (스트렙토마이신, gentamycin) : 30S subunit에 들어가 mRNA 잘못 번역 → 비정상적 단백질 합성 유도 (Gram (-))- 테트라사이클린 : tRNA A site 유입 억제 → 합성과정 중단 (광역 약제)- 클로람페니콜 : 펩티드결합 형성, 단백질합성 억제 작용 (광역 약제)5. 중요한 대사경로 차단- 대부분 대사경로 저해 약제 : 발효기원X, 화학합성제O- Sulfonamides(엽산 합성 저해), trimethoprim : tetrahydrofolate(핵산 합성에 필요) 합성효소 억제 → 엽산 대사 방해- Sulfonamides, trimethoprim : 경쟁적 억제, 효소 기질결합부위(활성부위 Active site)에 결합- Sulfonamides, trimethoprim 동시 투여 → 상승효과▷ 페니실린과 유사체- 페니실린군 수 다양, 다양한 화합물 존재- 실험실 합성보단 발효 생산 경제적- Penicillium chrysogenum ? 주요소- 3부분으로 구성 : 베타-락탐구조 / 티아졸리딘 / R 다양한 곁사슬 (살균력 결정)- ex) 페니실린V, 메티실린, 티카실린, 크록사실린, 나프실린, 암피실린 등..- 베타-락탐 구조 : 3개 탄소 + 1개 질소고리- 1차 작용 기전 : 세포벽 합성방해▷ Cephalosporins- 최근 투여, 항생제 1/3 차지- 생산(곰팡이) : Cephalosporium acremonium

자연과학| 2022.03.05| 3페이지| 1,000원| 조회(126)

미생물학, 구성요소, 화학치료

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미생물학 Ch.8 미생물의 물질대사

미생물학Ch.8 미생물의 물질대사는 어떤 모습일까?생명의 화학적 교차로8.1 물질대사와 효소의 소개▷ 물질대사 : 변화, 세포 모든 화학반응, 물리적 일 관련▷ 물질대사 종류① 동화반응 : 생합성, 세포 분자 구조물 합성② 이화 반응 :분해, 큰 분자 결합 끊김 → 작은 분자, 대부분 E 방출▷ 물질대사 기능① 고분자 → 작은 분자 분해 , E 방출 (이화작용)② ATP, 열 형태 E 방출③ 작은 분자 → 고분자, ATP 결합 형성 이용 (동화작용)▷ 효소 : 생명체 화학반응 촉매- 효소 정의 : 기질(S) → 생성물(P) 변화 생화학적 반응 촉진, 생물학적 촉매 (세포반응 속도 가속)- 반응 활성화 에너지(Ea) 낮춤 → 화학반응 속도 증가 (Ea : 반응 저항성)- 반응 과정에서 소모X, 산물의 일부X (재순환, 낮은 농도에서도 기능)- 기질 (반응물분자) → 상호작용 → 특정부위 물리적 장소제공(활성부위) → 반응 촉진- 분자 고유E사용하여 효소 없이 자발적 반응 가능- 대부분 효소는 단백질, 비단백질 보조인자 필요할 수도 있음- 모양, 특이성 독특한 특성 가짐- pH, 온도 민감, 되먹임 유전적 기작 조절 받음- Ribozyme : 효소역할 RNA- 복합효소 = 완전효소 : 단백질(아포효소) + 비단백질 분자 (보조인자)- 보조인자 : 조효소(유기분자) or 무기원소 (금속이온)- 아포효소 보조인자 느슨한 비공유결합 결합 or 단단한 공유결합 결합- 아포효소 : 특이성과 활성 부위▷ 1,2,3,4차 구조▷ 활성부위, 촉매부위 : 기질 결합 부위 (AS, 한 개 이상 존재가능)▷ protein folding : 기질 효소 특이성 제공▷ 효소 ? 기질 작용- 하나 활성부위 → 일시적 효소 ? 기질 결합- 유도맞춤 : 효소 약간의 모양변화 → 기질과 활성부위 결합 help- 기질 ? 효소 결합 weak, 반응 생성물 형성 → 떨어져 나감▷ 효소 반응 매커니즘 (model)- 자물쇠 열쇠 모델1. 효소반응 기질 특이적2. 효소 활성부위 구조 = 기질 구조3. 활성부위 = 단단함 (변화X)4. 한계점 : 전이상태(transtion state) 설명 X (효소-기질 결합시), Ac = 기질 구조라면 전이상태 설명 불가- 유도 적합 모델1. 기질 ? 효소 결합 → 전이상태 → 생성물 변환 발견2. 활성부위 flexible, 다른 모양을 가짐3. 활성부위 아미노산 기질이 특이적 결합 결정4. 기질 효소 결합 시 Ac 구조 변화5. Ac 구조 생성물 떨어져 나올 때 까지 지속적 변화▷ 보조인자- 금속 보조인자 ex) 철, 구리, 망간, 아연, 코발트, 셀레니움- 금속 → 효소 활성화, 활성부위 기질 접근 help, 효소-기질 복합체 화학반응 직접 관여- 조효소 : 아포효소 연합하여 기질 변화 help 유기보조인자- 조효소 일반적 기능 : 화학적 작용기 전달 (운반자 역할) ex) 수소원자, 전자, 탄산가스, 아미노기 운반 전달- 비타민 : 조효소 중요한 구성성분, 비타민결핍 → 완전효소(holo enzyme)형성 방해- 보조인자(cofactor) Ac 결합- Coenzyme : 촉매반응 이후 유리된 보조인자 ex) NADH,NADPH, FAD, Coenzyme A, 일부 비타민- Holoenzyme = cofactor + apoenzyme▷ 효소 분류 (6type)1. 산화환원 효소2. 전달효소 (=합성효소)3. 가수분해효소4. 분해효소5. 이성질화효소6. 연결효소▷ 작용 장소 효소 유형 : 세포외효소, 세포내효소▷ 항시발현효소 : 세포 내 일정한 양으로 존재, S에 따른 효소의 수 증가X▷ 조절효소 : S농도에 따라 증감 변경 (S농도 ↑ 효소 발현유도, S농도 ↓ 효소 농도↓)▷ 합성, 가수분해- 생장 세포 단백질, DNA, RNA, 저장성 중합체 생산, 세포 부품 조립- 동화작용 반응 : 공유결합 형성 효소- 축합반응 : 전형적으로 ATP 필요, H2O 한 분자 방출- 이화반응 : 작은 분자로 분해하는 효소, H2O 필요한 가수분해 반응▷ 질병에서 미생물 효소들의 역할- 많은 병원체 → 숙주 방어체계 회피, 숙주 조직에서 증식 도모 도움되는 세포외효소 분비- 독성인자, 독소 : 병원성 기여 효소- Streptococcus pyogens : 혈전 분해 → 상처 침입 help streptokinase(스트렙토카이네이즈)효소 생산, streptolysin(스트렙토라이신) : 혈액세포 조직 손상- Pseudomonas aeruginosa : elastase (엘라스틴 분해효소), collagenase(콜라겐 분해효소)생산, 폐질환 화상 감염 악화유도- Clostridium perfringens : Lecithinase(레시치네이즈) 원형질막 손상, 조직 사멸 원인 지방분해효소- penicillinase(페니실린 분해효소) 페니실린 불활성화 → 페니실린으로부터 미생물 보호▷ 환경 효소민감성- 효소 → 세포 환경 영향 ↑- 적정온도, pH, 삼투압 요구- 비정상적 환경 → 화학적 불안정, 변성- 온도↓ → 촉매반응 저해, 온도↑ → 아포효소 변성유발- 결합파괴 → 효소모양 심한 뒤틀림 유발 → S이 Ac에 부착 불가 하게함▷ 효소활성의 조절과 물질대사 경로- 물질대사 반응 : 체계적, 고도의 제어 → 영양분 E 이용 최대화- 최적화 대사경로로 대사반응 진행- 물질대사 제어 : 효소 제어 (점검, 평형 정교한 체계)- 물질대사반응 : 대부분 하나의 효소의해 촉매 작용된 각 단계로 구성된 다단계 시리즈 or 경로로 일어남- 직선연쇄반응 , 순환형태▷ 효소작용에 대한 직접적인 제어- 경쟁적 억제 : S과 유사한 분자가 Ac를 S과 경쟁- 비경쟁적 억제 : 조절분자가 Ac에 결합X, 조절부위에 결합하여 Ac부위 구조 변화- 효소 수준, 세포적 수준효소의 활성 조절 : activation ↔ inhibition- 유전적 수준 효소 유전자 발현 조절 : induction ↔ repression▷ 효소합성의 제어- 효소억제 :특정 대사 경로 단계 계속적 효소합성 중지시키는 수단, 최종 산물↑ → 특정 단계 효소 유전적 기구 자동적 억제(유전적 제어)8.2 에너지의 추적과 이용▷ 에너지 : 일할 수 있는 능력 or 변화 일으킬 수 있는 능력▷ 에너지 형태1. 열에너지2. 파동(복사)에너지3. 전기에너지4. 기계에너지5. 원자에너지6. 화학에너지▷ 에너지 : 연료 산화, 산화환원 운반체(NADH,NADPH,FADH2), ATP 생성에 관련▷ 세포 에너지론- 화학반응 형태로 에너지 다루어 분자 변화- 발열반응 : E방출 반응 ex) 호흡 (고E 포도당) → (저E CO2, H2O)- 흡열반응 : E첨가 반응- 특이성가진 효소 체계 가짐▷ 생물학적 산화와 환원- 산화환원 반응 : 산화환원쌍, 전자공여체 전자 수용체 짝지어 발생- 방출 E 즉시 포획 → ADP or 다른 화합물 인산화하는데 이용- 탈수소 : 산화환원반응 동안 수소 제거, 세포 내 필수적 전자 공급원▷ 전자와 양자 운반체들: 분자 셔틀- 대부분 운반체 : 전자 수소 둘다 전달 조효소- 일부 운반체 : 전자만 전달- NAD+ (니코틴아마이드 아데닌 디뉴클레오타이드) : 수소, 한 쌍 전자 운반 / 실질적 운반체 상태 NADH + H+ BUT 표기 : NADH- 산소 : 산소 물질대사 최종 전자수용체- 무기, 유기화합물 : 무산소 물질대사 최종 전자수용체- 다른 예시 : FAD, NADP, Coenzyme A▷ ATP : 아데노신 삼인산염, 물질대사 화폐- 3개 인산작용기사슬, 오탄당, 질소염기- 화학E 추출, 저장- ATP : adenosine triphosphate- 말단 인산 (감마-인산) 제거 → 에너지 방출 (7.3kcal)- ATP 역할 : 임시적 E 저장소, E 생산 이화작용 and E 필요 세포 활성사이 연결시키는 매개체- 고에너지 인산 활성화제 이용 : ATP로 소단위 (기질) 활성화유도 (반응성 증가) → 생합성 추진 ex) 6탄당(포도당) 인산화- ATP 생성 매커니즘1. 기질 수준 인산화2. 산화적 인산화3. 광인산화8.3 생물에너지론의 경로▷ 생물 에너지론 : 세포 E방출, 이용 기작 연구, 영양분 분해 이화작용, 세포 생합성 동화작용 경로 포함▷ 이화작용 : 영양분 분해, E방출 ex) Glycolysis, Kreb cycle, ETS▷ 미생물에서의 에너지 대사 전략1. 산소호흡 : glycolysis, TCA cycle, ETS(최종 전자수용체 : O2)2. 무산소호흡 : glycolysis, TCA clye, ETS (최종 전자수용체 ≠ O2)3. 발효 : glycolysis, 최종 전자수용체 = 유기물

자연과학| 2022.02.21| 6페이지| 1,000원| 조회(226)

미생물학, 미생물의 물질대사, 물질대사와 효소의 소개

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미생물학 Ch.7 미생물은 무엇을 먹고 생장할까

미생물학Ch.7 미생물은 무엇을 먹고 생장할까?7.1 미생물의 영양▷ 미생물 영향 환경인자 : 영양분, 에너지원, 온도, 기체, 물, 염, pH, 방사선, 생물체▷ 생물원소 : 절대적으로 필요한 원소 ex) 탄소, 수소, 산소, 인, 칼륨, 질소, 유황, 칼슘, 철, 나트륨, 염소, 마그네슘 기타 등등▷ 필수영양분 : 체내 합성X 원소 분자 형태로 반드시 공급 필요 ↔ 비필수영양분① 다량 영양분 : 많은 양 필요 / 세포 구조물질 형성, 물질대사 등② 미량 영양분 : 미생물마다 다름, 실험에 의해 결정▷ 유기영양분 : C, H 기본 골격을 가진 분자 , 자연 유기분자 : 생명체 산물▷ 무기영양분 : C, H 복합이 없는 원소로 구성 ex) 금속, 금속염, 기체, 물▷ 세포 내용물의 화학적 분석- 모든 화합물 중 수분함량 제일 높음 (70%)- 탈수 세포 중량 97% 유기화합물로 구성- 단백질 : 가장 풍부 화합물- 세포 96% CHONPS로 구성- 화학원소 전체적인 세포생장체계에 필요, 대부분 순수원소가 아닌 화합물로 세포에 공급- 하나의 세포에 여러 가지 화합물 포함 BUT 몇 가지 형태 영양분으로 다양한 화합물 합성▷ 필수영양분의 형태, 공급원 및 기능- 생물체 → 다른 생물체 특정 원소 계속적인 공급원 역할- 원소 일반적으로 미생물에 의해 유기물 형태로 재순환- 전체적 순환 : 상호작용 여러 가지 영양체계의 복합된 작용▷ 탄소를 기초로 한 영양형태- 종속영양생물 : 유기물 형태 탄소를 얻어야함, 영양적으로 다른 생명체 의존- 독립영양생물 : CO2 탄소원으로 이용, 탄산가스 → 유기화합물 전환 능력 O 영양적으로 다른 생명체 의존 X▷ 생장인자 : 필수유기영양분, 한 생물에 의해 합성될 수 없어 영양분으로 공급 ex) 아미노산, 질소성 염기, 비타민 필수영양분▷ 필수아미노산 : 체내 합성 X 섭취해야하는 아미노산7.2 영양 형태의 분류범주/ 탄소원에너지원예독립영양생물 / CO2무생물적 환경광독립영양생물햇빛시아노 박테리아, 조류, 식물과 같은 광합성생물화학혹은 유기물질자색유황세균, 녹색유황세균▷ 독립영양세균, 종속영양세균 구분▷ 광영양생물(햇빛 E원), 화학영양생물(화학적 화합물 E원) 분류 가능독립영양생물과 그들의 에너지원▷ 광독립영양생물 광합성- 광선 E 획득 → 화학E (물질대사 사용)- 산소 발생성 광합성 ex) 식물, 조류, 시아노박테리아, 일차 생산자, 대기 중 산소 유지) CO2 +H2O → (CH2O)n + O2- 산소 비발생성 광합성 독특한 세균 엽록소 사용 ex) 홍색유황세균, 녹색유황세균 CO2 + H2S → (CH2O)n + S0 + H2O▷ 화학독립영양생물 : 가장자리있는 생명체- 영양적 전략 가장 철저히 적응, 무핵생물 무기질(ex)광물질) 전적 의존 생존- H2, H2S, 유황, 철 무기물 → 유기분자, E 생성- 무기독립영양세균 : 무기영양분, 원소 재순환 중요- ex) 메테인 생성균- 화학독립영양생물 독특한 형태 / 고세균 한종류, 온천, 심해, 토양, 늪, 동물 장내 서식 / 4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O (혐기적 조건) / 지구 기후 대기권 발달 중대한 요소가 되었을지도 모름종속영양생물과 그들의 에너지원▷ 화학종속영양생물- 종속 영양생물 대부분 화학 종속영양생물 (탄소, E 모두 유기화합물에서 얻음)- 화학종속영양생물 ex) 산소호흡 모든 동물, 대부분 원생동물, 곰팡이, 호기성 세균 에너지 생성 경로- 포도당 + O2 → CO2 + H2O + ATP- 화학종속영양생물 유기영양분 얻는 방법에 따라 구분① 부생성물 : 죽은 생물 유기물 통해 독립적 살아감분해자 / 재순환 역할세포벽의해 큰 덩어리 먹이 삼킬수 X → 효소 세포외 분비 → 먹이 덩어리 세포 내로 운반될 수 있게 분해절대적 죽은 유기물질에서만 살아감조건부 기생생물 : 부생생물이 숙주에 감염가능 할 때기회감염성 병원체 : 주로 숙주 면역 손상 시 감염 일어남② 공생생물, 기생생물 : 生 세포, 조직 영양분 얻음 ( 숙주와 상호 작용으로 구분)기생생물 : 어느 정도 숙주 해 끼침병원체절대기생생물 : 살아있는 숙ero-다른Heterotroph(종속영양생물)auto-자신Autotroph(독립영양생물)photo빛Phototroph(광영양생물)chemo-화학물질Chemotroph(화학영양생물)sapro-썩은Saprobe(부생성물)halo-소금Halophile(호염성생물)thermo-열Thermophile(호열성생물)psychro-차가운Psychrophile(호냉성생물)aero-공기(O2)Aerobe(호기성생물)7.3 운반 : 화학물질의 세포막 투과 이동▷ 세포막을 통해 수송 일어남▷ 확산 : 분자 농도 기울기 따라 전체적 이동▷ 수동수송 : 별도 에너지 소모 X ex) 삼투, 촉진확산▷ 삼투 : 선택적 투과성 막을 통한 물의 확산▷ 등장성 : 주위 환경 용질 농도 = 세포 내 환경 용질 농도, 물 확산 양방향 동일한 속도로 진행 ex) 숙주 조직에 사는 기생생물 등장성 서식지에 살고 있는 대표적 생물▷ 저장성 : 외부환경 용질 농도 < 세포 내 용질 농도, 전체적 삼투방향 저장성 용액 → 세포 내부, 세포벽 X 세포 → 팽창하여 터질 수 있음▷ 고장성 : 외부환경 용질 농도 > 세포 내 용질 농도, 물을 세포 밖으로 확산시켜 밀어내도록함, 높은 삼투압, 삼투전위를 가짐, 세포벽O 세포 → 원형질분리, 세포 상해 사멸, 세포벽 X 세포 → 오그라들어 붕괴▷ 삼투 다양성 적응- 저장성 조건 : 조류 → 세포벽을 가짐, 아메바 → 세포벽 X, 물 수포 수축성 액포로 여분의 물을 세포 밖으로 뿜음- 고장성 조건 : 물 유실 제한, 세포 내부 염도 증가 ex) 호염성 세균 → 염분 흡수 등장성으로 만듦▷ 용질의 막 이동- 단순확산 : 산소, 비극성 저분자, 지용성 분자- 촉진확산 : 수동수송기작(에너지 소모 X), 특정물질 운반단백질 이용 → 결합 → 입체모양 변화 → 막통과 용이 / 특이성, 포화 ex) 아쿠아포린- 능동수송 : 농도를 역행 or 농도 기울기 같지만 확산보다 더 빠른 속도로 영양분 수송, 특정 막 단백질 펌프, ATP ?매개 섭취 형태로 된 세포 추가적인 에너지소 + 액포 형성 → 세포내 흡입- 식세포작용(phago-cytosis) : 아메바, 일부 백혈구 세포내 흡입 → 세포 큰 고체물질 흡입- 음세포작용(pinocytosis) : 기름, 분자 액체7.4 미생물에 영향을 주는 환경인자▷ 온도 적응- 기본생장온도① 최저온도 : 미생물 생장 물질대사 허용 가장 낮은 온도② 최고온도 : 이온도 이상으로 올라갈 시 효소 핵산 변성③ 최적온도 : 가장 빠른 물질대사, 생장- 호냉성생물 : 15℃ 이하 최적온도, 대체로 0℃에서 생장가능 미생물, 20℃↑ 자랄 수 X vs 내냉성생물 : 낮은 온도에서 느리게 자람, 20℃ 이상의 최적 온도 가짐- 호중온성생물 : 10~50℃ 사이 자랄 수 있음, 대다수 최적 생장온도 20~40℃, 대부분 인체 병원균 30~40℃ 사이 최적생장온도 가짐vs 내열성 미생물 : 정상적으로 호중온성 생물 but 고온 짧은 시간 노출되어도 생존 가능- 호열성생물 : 45℃ 이상 온도에서 가장 잘 자람, 일반적으로 45~80℃ 생장온도 범위대부분 유핵생물 60℃이상 생존X- 초극한호열성생물 (일부 세균, 고세균) 80~121℃ 사이 자람 ← 효소 세포구조 견딜 수 있는 가장 높은 한계 온도▷ 가스 요구성- 산소 : 산소 이용 해독 가능 미생물, 산소이용 해독X 미생물, 산소 이용X 해독O 미생물- 단일항산소 : 반응성 강함, 식세포에서 생산되는 물질, 상해 파괴시킴- 초과산화물 이온, 과산화물, 수산기라디칼 : 산소의 파괴적인 물질대사 부산물- 초과산하물 불균등화 효소 (superoxide dismutase) : 2O2- + 2H+ → H2O2 + O2- 카탈레이스 (catalase) or 퍼옥시데이즈(peroxidase) : 2H2O2 → 2H2O + O2- 호기성생물 : 산소 물질대사 이용, 산소 산물 처리 효소 O ,절대호기성생물(산소X 생존X)- 조건부 혐기성생물 : 물질대사에 산소 필요X ex) 장내 그람 음성세균, 포도상구균산소 없이도 생존 가능한 호기성 생물산소O → 산소호흡 물질대사, 산소종류는 산소 산물 분해기작 존재- 호탄산가스성생물 : 대기 정상적 존재 CO2 보다 더 높은 탄산가스 분압 (3~10%)에서 가장 잘 자람- 싸이오글리콜레이트 배지 : 환원성배지 (산소 제거 화학물질 포함) 배양검정 가능 (산소 요구성 검증)▷ pH의 영향- 호중성미생물 : pH 5.5 ~8.0 범위- 절대 호산성미생물 : Euglenamutabilis (pH 0~1.0), Thermo-plasma (pH 1~2, 석탄층, pH7 노출 시 용균) / 낮은 pH 요구, 몇몇 종 세균 실제 강산 분비 → 낮은 pH 유지- 호염기성미생물▷ 삼투압- 호삼투성생물 : 높은 용질 농도 서식지 生- 호염성미생물 : 높은 농도 salt(염분) 생존 생장, 절대호염성미생물, 저장성 서식지 → 용균- 내삼투성미생물 = 조건부 호염성 미생물 : 광범위한 용질 농도 적응, 고농도의 용질요구X 그러나 고농도 용질 환경에서 적응해 생존▷ 기타 환경인자- 호압성생물 : 대기압 2~3배 ~ 1000배 넘는 압력 하에 존재, 정상적인 대기압 노출 → 터짐7.5 미생물 사이의 생태적인 협력▷ 공생- 공생자 : 공생관계 구성원- 내부공생자 : 파트너 내부 生 / 외부공생자 : 파트너 외부 生- 상리공생 : 상호의존적 형태, 모든구성원 + , ‘동조진화’ 발전, 어떤 경우 유전자 파트너 사이 상호교환- 상호협력 : 상리공생 비의존적 형태, 모든구성원 +, 독립적으로 생존O- 편리공생 : 한쪽 + 다른 쪽 0, 편리공생자 : 편리공생 구성원▷ 기생 : 기생생물 + 숙주 -, 절대 세포내기생 : 가장 극단적인 형태(자기 생활주기 숙주 세포 내 보냄 필수영양분 다른 형태 보조물 얻어냄), 기생의 정도는 다양▷ 상호영양=상호급식 : 서식지 공유 생물 사이 공동급식▷ 길항경쟁 : 다른 미생물에게 역효과 일으킴, 길하작용 경쟁 포함, 공간 영양원 공유 군락지에서 일어남, 다른 미생물 특정한 저해 화학물질 주위 환경에 분비 (ex) 항생제)▷ 생물막 : 복잡한 조직화된 층 안 서로 결합 세포외 간충질에 의해성 촉진

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미생물학, 미생물의 영양, 미생물은 무엇을 먹고 생장할까

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미생물학 Ch.11 미생물을 제어하는방법

미생물학Ch.11 미생물을 제어하기 위한 물리화학적 방법에는 어떤 것이 있을까?11.1 미생물 제어▷ 미생물 제어방법 : 오염균 파괴, 오염제거▷ 오염제거 방법 : 열, 방사선 (물리적제제) or 소독제, 방부제 (화학적 제제)▷ 오염균 종류 : 세균 영양세포 내생포자, 진균 균사 포자, 효모, 원생동물 영양체 피낭, 벌레, 바이러스, 프리온▷ 미생물들의 상대적 저항성최고 저항성(내성) ex) 세균 내생포자, 프리온 (중요)중간 저항성(내성) ex) 원생동물 피낭, 일부 진균 생식포자(접합포자), 일부 바이러스(외피X 바이러스), Pseudomonas sp., Mycobacterium tuberculosis최저 저항성(내성) ex) 대부분 세균 영양세포, 진균포자(접합포자 외) 균사, 외피O 바이러스, 효모, 원생동물 영양체일반적으로 영양세포 형태보다 내생포자의 상대적 저항성이 높다▷ 미생물 제어 용어, 방법들1. *소독 : 영양세포 상태 병원체 파괴 제거 OK / BUT 세균 내생포자 파괴X2. *멸균 : 살아있는 미생물 완전히 제거, 파괴(바이러스 포함)3. 방부법 : 영양세포 상태 병원체 파괴하기 위해 표면에 화학물질 적용4. 위생처리 : 미생물 제거위해 기계적 정화기술5. 균제거 : 미생물 수줄임▷ 미생물 사멸 : 최적 생육조건에서 생식능력 영원히 상실 = 死▷ 사멸률 영향인자항미생물제제 작용 영향 인자 : 항미생물제제 처리 시간, 초기 미생물 수, 개체군에 있는 미생물들의 성질, 온도와 pH, 항미생물제제의 작용 방식, 항미생물제제 농도(투여량), 용매 방해작용 갖는 유기물 저해제 존재 유무 ...▷ 미생물 제어 실질적 관심사멸균 or 소독품목 재사용 or 영구 폐기품목 열, 압력, 화학물질, 방사선 견디는가제어 방법 주어진 적용에 적합성제제가 필요한 정도로 침투경제적, 안전성 확보, 적은 노동인지▷ 항미생물제 작용 양식 : 물리 화학적 제제 세포표적 → 세포벽, 원형질막, DNA RNA, 단백질 ex) 세포막 ↔ 계면활성제, 단백질 ↔ 열 pH 중금속11.2 물리적 제어 방법: 열▷ 종류 : 열 (습열, 건열), 저온 (냉장, 냉동), 건조▷ 열 작용 양식, 상대적 효과습열 비교적 저온(건열보다 비교적으로) 단시간 처리 (호율성 높음)건열 비교적 고온 처리 (탈수, 소각..) (습열에 비해 호율성이 낮음)▷ 열사멸 측정열사멸시간(TDT) : 특정온도, 모든 미생물 죽이는 가장 짧은 시간열사멸점(TDP) : 모든 미생물 10분 이내 죽이는 가장 낮은 온도▷ 습열 방법 (1) 압력(가압) 증기압력증기고압습윤멸균기 : 1기압보다 큰 압력(15psi), 121℃, 10~40분 (평균 20분)증기가 살균원하는 위치 접촉하여 온도 전달해야함작용양식 : 단백질 변성, DNA 세포막 파괴▷ 습열방법 (2) 무압력(상압) 증기간헐멸균법 : 고압습윤멸균기 고온견딜 수 없는 물질 간헐적 멸균법멸균기 내 증기 (100℃ 이하) 30~60분 처리, 24h 주기로 반복 처리순환 3회내열성포자 멸균가능 ex) 통조림, 열 약한 실험실 배지 멸균시 사용▷ 습열방법 (3) 끓는물 : 소독100℃ H2O 30분간처리 → 비포자형성 병원체 파괴▷ 습열방법 (4) 저온살균 : 소독저온살균 : 파스퇴르 개발감염, 부패 원인균 죽임 BUT 식품 영향 적게 열을 가하는 살균63~66℃ 30Min (회분식 방법)71.6℃ 15Sec (연속적 순간식 방법)멸균X / 비포자형성 병원균 죽임, 내생포자 다수 비병원성 미생물 죽임X▷ 건열습열과 비교적 높은 온도종류 : 소각(화염, 전기 열선), 뜨거운 공기(건조 오븐 150~180℃)▷ 저온 (냉장, 냉동)미생물 생장 지연/ only 생장억제 not 멸균방법 / 보관방법O냉장 0~15℃ / 냉동 0℃이하-70~135℃ 미생물, 바이러스 장기간 보존가능식품 저장▷ 건조, 탈수탈수시 세포 내 대사 억제미생물 제어 효과적 방법X, (많은 미생물 H2O 재공급시 재 생장 가능)동결건조 : 미생물 장기보존11.3 물리적 제어 방법: 방사선과 여과▷ 전리 방사선 : 침투력 큼, DNA break 유발, high E (ex)감마레이 X-레이, 음극선)의료기구, 식품 멸균, 농산물 발아억제5~50kiloGray 정도 조사이온화된 방사선 (전리 = 이온화 / 분자에서 입자를 분리)▷ 비전리 방사선 : 침투력 약함, 직접 표면 조사필요분자구조 영향X자외선 가시광선 적외선 원적외선 마이크로파 등등 low EUV → thymine dimer(티미딘 이합체) 생성 (mutation 유발) → 복제 방해물 소독▷ 여과 물리적 제거 공정기체, 액체 미생물 여과장치 통과 → 물리적 제거열 약한 액체, 기체 멸균 이용 ex) 배지, clean room, air막 여과11.4 미생물 제어를 위한 화학적 제제들▷ 화학적 제제 : 소독제, 방부제, 멸균제, 균제거제, 보존제▷ 미생물 제어 바람직한 화학적 제제 조건 *읽어보기만낮은 농도 신속한 작용물, 알코올 용해도 and 장기 안정성넓은 항미생물 범위와 사람 동물 낮은 독성침투력부식, 염색X 특성용이한 수급▷ 화학적 오염제거 공정 수준High-Level고수준 살균제 → 내생포자 죽임, 적절 사용시 멸균제고수준 제어 필요 물질 → 열-멸균 불가, 의료기구 소독Intermediate-Level곰팡이 포자, 결핵균(저항성 O 병원균), 바이러스 죽임, 세균 내생포자 죽임X점막 밀접 접촉 but 삽입되지 않는 의료기구 소독Low-Level영양세포 상태 세균, 곰팡이 균사, 일부 바이러스 죽임피부 접촉 but 점막 접촉X 전극, 가죽끈 비품 세정▷ 화학물질을 이용 살균작용 영향인자처리되어야하는 물질 성질오염정도화학처리제 노출 시간화학처리제 강도 화학작용 기전▷ 화학적 작용기에 따른 살균제 범주종류 : 할로겐 화합물, 페놀화합물, 클로르 핵시딘, 알코올류, 과산화수소, 세척제 및 비누, 중금속류, 알데히드 화합물, 가스소독제, 염료류할로겐 화합물 (17족 F, Cl, Br, I)염소 (염소 가스 Cl2, 하이포아염소산염 HClO, 클로라민 NH2Cl)1) 이황화결합 방해, 단백질 변성2) 중간수준 (I-L)3) 햇빛, 염기성 pH, 과량 유기물 노출 → 불안정4) 물, 하수, 폐수 처리 사용5) 물 염소처리시 trihalomethane(불안전 수준 발암물질) 생성 제기 클로라민 처리 권고요오드 (I2 (물or 알코올 용해 묽은 요오드 용액 2~3%), 아이오도포아 (요오드 polyvinylalcohol과 같은 중합체 복합물)1) 단백질 변성

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미생물학, 미생물 제어, 물리적 제어

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미생물학 Ch.10 유전공학이란 무엇인가

미생물학Ch.10 유전공학이란 무엇인가?10.1 유전공학의 기본 요소와 응용▷ 유전공학, 생체공학 : 생물 유전체 직접적, 고의적 변형함▷ 생명공학, 합성생물학 : 새로운 형태 분자, 세포, 기관 생명체 합성하는 생물학적 시스템 기획▷ DNA1. 장소 상관없이 본래의 성질 유지2. 90~95℃ 가열시 DS → SS DNA3. SS DNA 염기노출, DNA 식별, 복제, 전사 easy4. 냉각시 SS DNA → DS DNA 상보적 N.T 수소결합 재생▷ 제한효소- 특이적 위치 인식하여 횡으로 DNA 자름 (인접 N.T 사이 인산이에스테르결합 끊음)- 세균 : 박테리오파지, 플라스미드같은 부적합 DNA 보호장치로 사용- 재조합 DNA 기술에 이용- 3000여 가지 제한효소가 세균에서 밝혀짐- 각 제한효소는 4~10 표적 염기서열 존재 → 정교한 절단부위 조절- 팰린드롬 : 한 가닥 5‘ → 3’ 서열과 반대편 가닥 5‘ → 3’ DNA 염기서열이 동일한 것- 접착성 말단, 엇갈림성 대칭절단 : 다른 DNA조각 상보적 꼬리와 염기쌍 이룸 ex) ECORⅠ, HINDⅢ- 무딘 말단 : 일직선으로 자름 ex) HaeⅢ- 제한효소 절단조각 : 제한효소에 의해 생긴 DNA조각- 제한효소절편길이다형성(RFLP) : 같은 종에서도 DNA 서열은 다양, 특정 제한효소 절단 패턴 차이점에 의해 다양한 길이 절편 만들어지는 것, 서로 다른 두 개체 and 동일 제한효소 절단 패턴 직접 비교- 연결효소(ligase) : 제한효소 절단된 인산- 당 재결합 (접착성 말단 재결합)▷ 상보적 DNA(cDNA) : 모든 형태 RNA로 DNA만든 것, 인트론 제거된 mRNA 이용 → cDNA 형성하여 세균에서 발현가능▷ DNA 분석- 전기영동1. DNA 인산기 (-)전하임을 이용2. agar gel에 전압을 걸어 DNA 절편 이동3. 절편 크기에 이동속도 좌우- 핵산 잡종화와 탐침1. SS DNA → SS DNA, RNA와 결합가능, RNA → RNA와 잡종화 가능2. 유전자탐침 : 6~25nt 짧은 단일가닥 올리고N.T, 상보적 염기서열 존재시 염기쌍을 이룸 (잡종화탐침)3. 미지의 시료에서 특별한 염기서열 찾기4. UV로 빛나는 형광염료 or 방사능표지 리포터분자로 가짐 → 잡종화 지역 관찰5. 서던블롯 : DNA분석 /DNA 절편 전기영동 분리 → DNA 탐침, 시료 반응 → 상보적서열 존재시 잡종화6. 노던블롯 : RNA 분석7. 웨스턴블롯 : 단백질 분석8. 감염원인 진단, 미지 세균, 바이러스 배양 동정에 이용9. 형광잡종화(FISH) : 온전한 세포 원래 위치에 탐침 투입, DNA 완전한 상태로 세포 내 원래 자리에서 탐지, 탐침 처리 후 탐침과 잡종화 유전자에 유전자 표지서열 신호 현미경 관찰/ 염색체 유전자 자리 확인에 효과적- DNA 염기서열 분석1. SSDNA로 변성2. 특수 프라이머 분자로 표지3. 시험관 DNA Pol, 프라이머 표지된 DNA가닥, 4가지 N.T + 소량 형광표지(추적자역할)된 ddNP(다이데옥시뉴클레오타이드)4. ddNP가 들어가면 DNA 신장 중지 (3‘-OH 존재X)5. 전기영동으로 표지된 절편 분리, 크기순 배열 → 형광표지로 염기서열 분석*주의 : 주형가닥의 상보적 서열 = 형광표지 염기서열- PCR(중합효소연쇄반응)1. 시료속 DNA 양 빠르게 증가2. 감염균, 암 진단 가능3. 단계1) 변성 : 94℃ 가열 DS DNA → SS DNA2) 프라이밍 : 50 ~64℃ 식히고 특정서열에 프라이머 부착3) 신장 : 72℃ DNA중합효소 활성화, SS DNA 가닥이용 DNA 합성, 높은 온도에서 반응과정이 수행되므로 호열성세균에서 분리된 열안정성 DNA Pol 사용 ex)Taq 중합효소, Vent 중합효소 / DS DNA 합성4. 역전사효소로 RNA →DNA 전환시켜 RNA 분석도 가능, cDNA 통상적으로 PCR 증폭가능5. rRNA, mRNA 염기서열 분석, RNA 바이러스 염기서열 분석, 동정가능6. 문제점 : 주위환경에서 오염된 비표적 DNA가 증폭됨 (청결유지 필수)10.2 재조합 DNA 기술: 자연에 대한 새로운 해석▷ 재조합 DNA 기술- 한 개체 유전물질을 다른 개체 유전자와 결합- transposon, provirus를 모방하여 시작- 세균 : 외부 DNA 쉽게 받아들임 + 복제 발현- 유전적 클론 형성이 목적 (선택적 유전자 분리 → 다른 숙주 도입)- 클로닝 : 공여유전자 선별, 제한효소 정확한 절단 분리가 필요, 벡터(플라스미드, 바이러스/ DNA 클로닝 숙주에 삽입시켜줌)로 클로닝숙주(세균, 효모)에 삽입▷ DNA 재조합과 유전자 클로닝의 기술적 특성- 유전자 분리하여 얻는 통상적 방법1. 역전사효소이용하여 mRNA에서 cDNA합성2. PCR이용하여 증폭3. DNA 절편 N.T 순서대로 중합시키는 기계로 합성가능, 염기서열 유전자라도 만드는 것이 가능▷ 클로닝벡터 특징- 벡터 필수적 특징 : 공여체 DNA 조각 운반, 클로닝 숙주 도입 가능해야함- 플라스미드 : 크기 작고, 쉽게 조작가능, 형질전환으로 숙주에 쉽게 운반 가능한 벡터- 박테리오파지 : 형질도입으로 세균 숙주에 DNA 주입 가능- 샤론파지 (변형된 파지) : 자신 유전체 일부분 제거함, 상대적 큰 외부 DNA 조각 운반 가능▷ 벡터 중요한 속성1. 벡터 내 클로닝 숙주의 DNA Pol로 복제가능한 복제원점 (ORI) 필요2. 원하는 크기 DNA 받아들어야함 (초창기 10kb이하, 코스미드 45kb 삽입, 세균인공염색체(BAC) 효모인공염색체(YAC) 300kb, 1000kb 삽입가능)3. 벡터는 전형적으로 클로닝숙주에 항생제 내성 부여하는 유전자 존재, 세균이 항생제 포함배지 접종시 플라스미드 가진 세포만 생장하여 선별가능▷ 클로닝숙주의 특징- 대장균 : 전통적 클로닝숙주, 기본적 실험에서 사용- 대장균 불리한 점 : mRNA 스플라이싱 X, 번역후 변형과정 X- 대장균 대안 숙주 : 효모- 배양된 동물세포, 살아 있는 동 식물 클로닝 숙주로 사용 가능- 포유류 세포 : 약물요법 호르몬 항체 클로닝과 발현숙주로 이용 / 장점 : 단백질 번형 가능 ,생물학적 활성 커짐▷ 재조합DNA의 제조, 클로닝 숙주로의 삽입과 유전자 발현- 인트론없는 mRNA전사체에서 cDNA 생상- 클로닝 첫 단계 : 원하는 유전자 분리 → 대장균 플라스미드에 이어 붙힘 (동일한 제한효소 절단 → 벡터 삽입 DNA 모두 상보적인 접착성 말단 생성 → 유전자 플라스미드 섞어놓으면 자유말단이 염기쌍을 이룸 → 연결효소 인산이에스테르결합 형성)- 재조합체 : 유전자와 플라스미드 조합체- 클로닝 두 번째 단계 : 형질전환으로 클로닝균주 대장균 숙주에 도입 (다른 플라스미드가 없어야함) / 재조합된 클론 찾는 것이 중요 (항생제 암피실린, 테트라사이클린 배지에 배양액 도말하면 오직 항생제 내성있는 플라스미드 가진 클론만이 콜로니 형성하므로 재조합 콜로니 선별하여 배양)10.3 유전자변형생물과 응용▷ 유전자변형생물(GMO), 형질전환생물 : 외부 유전자 도입해 만들어진 재조합 생물▷ 형질전환 식물- Agarobacterium tumefaciens : 토양에 살며 상처 난 식물 조직에 침법, Ti-플라스미드 삽입, 감염된 식물세포의 유전체에 삽입되어 형질전환/ 형질전환 유도 요인 : T-DNA(Ti 플라스미드 별도 부위) / 세균 공급 양분, 식물 성장 촉진 호르몬 합성 유도- Agarobacterium에 의해 형질전환될 수 없는 식물은 gene gun으로 외부 유전자 이식 가능▷ 형질전환 동물- 동물 유전자 삽입 효율적 방법 : 바이러스 이용 수정란, 초기 배아를 형질전환 시키는 것- 외부 유전자는 높은 전압, 자극 주사에 의해 난자에 전달 가능- 크리스퍼 : 배아 DNA 조작, 인간 질병에 대한 생쥐 모델을 만듦- 생쥐 : 유전자 재조합 실험실에서 많이 사용되는 동물- 파밍(ph-arming) : 의학적 유용한 단백질 만드는 것- 형질전환 동물 이점 : 번역 후 변형 일어남▷ 유전자치료- 질병 극소수만 정상 단백질 투여로 치료됨- 유전자 치료 : 환자 세포에 저앙 기능 유전자 삽입시키는 치료- 생체외 치료법 : 환자의 세포에 유전자 운반하는 변형된 아데노바이러스, 레트로바이러스와 같은 벡터에 정상 유전자 클로닝, 채취한 조직을 유전적으로 변형된 바이러스와 함께 배양하여 정상 유전자 형질주입, 형질주입된 세포를 환자 몸에 이식해 재 주입

자연과학| 2022.02.21| 5페이지| 1,000원| 조회(205)

유전공학, 미생물학, 유전자변형, 재조합 DNA

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