편모

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편모

[ flagella ]

목차

  1. 1.정의
  2. 2.원핵생물 편모와 진핵생물 편모의 차이점
  3. 3.편모의 수 및 배열에 따른 박테리아 분류
  4. 4.박테리아 운동의 방향성
  5. 5.집필
  6. 6.감수
  7. 7.참고문헌

정의

편모는 라틴어로 채찍이라는 뜻이며, 원핵세포(prokaryotes)와 진핵세포 (eukaryotes)표면에 있는 섬유상 구조를 갖는 운동기관이다. 진핵세포의 편모와 원핵세포의 편모는 유영 운동 (swimming motility)에 관여한다는 기능적 공통점이 있지만, 단백질의 구성, 구조, 추진 메커니즘 등에 많은 차이점이 있다.1)2)3)4)5)

살모넬라균의 총모형 편모 (Lopohtrichous flagella) 출처: GettyImageKorea

원핵생물 편모와 진핵생물 편모의 차이점

  • 편모는 구조와 메커니즘보다는 그 기능으로 정의된다. 박테리아와 진핵생물의 편모의 운동은 다양한 단백질들로 구성된 복합체에 의해서 작동되는데, 진핵생물의 단백질 복합체가 더욱 크고 복잡하다.
  • 박테리아의 편모는 플라젤린(flagellin)이라는 53 kDa 크기의 단백질이 돌면서 쌓여 속이 빈 원형 빨대 모양을 만들며, 한 개의 휜 빨대 모양으로 존재한다. 진핵생물의 편모는 알파-튜불린(tubulin)과 베타-튜불린으로 이루어진 미세튜불(microtubule; 원형 빨대 모양)이 이중 미세튜불 (microtubule doublet)이 11개의 다발로 구성되어 있음. 11개의 다발은 소위 9+2형식으로 배열되어 있다 (중심에는 이중 미세튜불이 1 개가 있으며, 그 주변으로 9개의 이중 미세튜불이 둘러쌓는 구조)
  • 운동방식은 박테리아 편모는 기본적으로 세포벽에 고정된 나노 모터이다. 세균의 세포벽에 단단히 편모의 기부체 (basal body)에 편모가 회전운동(rotation motion)을 하면서 세균이 움직이도록 한다. 편모의 회전을 위해서는 세포막 안밖의 수소이온(양성자)의 농도차를 사용하여 에너지를 사용한다.
  • 진핵생물의 편모는 회전이 아니라 휨 운동 (bending motion) 혹은 채찍 운동으로 운동성을 확보한다. 이중 미세투뷸 사이에 존재하는 운동성 단백질(motor protein) ATP의 가수분해를 하면서 전체 편모가 휘게된다. 6)7)8)9)
원핵생물과 진핵생물의 편모 차이점
박테리아 편모 진핵생물 편모
단일가닥 11 (9+2) 가닥
회전운동 (rotatory movement) 휨 운동 (bending movement); 채찍과 유사
양성자 펌프 이용 ATP 이용

대체글=박테리라 편모와 진핵세포의 편모의 비교

편모의 수 및 배열에 따른 박테리아 분류

  • 무모균 (Atrichous bacteria) : 편모를 가지지 않는 박테리아
  • 단모균 (Monotrichous bacteria) : 세포의 한쪽 끝에 하나의 편모를 가지는 박테리아
  • 총모균 (Lophotrichous bacteria) : 세포의 한쪽 끝에 두 개 이상의 편모를 가지는 박테리아
  • 양모균 (Amphitrichous bacteria) : 세포의 양쪽 끝에 편모를 가지는 박테리아
  • 주모균 (Peritrichous bacteria) : 표면 전체에 편모를 가지는 박테리아

대체글=세균의 편모, 수와 배열에 따른 분류

박테리아 운동의 방향성

박테리아의 운동을 관찰할 때, 특정 환경에서 박테리아가 특정 목표지점으로 이동하는 방향성을 관찰 할 수 있다. 이러한 방향성은 환경에 따라 다양하게 관찰되는데, 가장 흔히 볼 수 있는 것은 박테리아가 영양분이 있는 곳으로 이동하거나 또는 독성물질에서 멀어지는 방향으로 이동하는 주화성이다. 이렇듯 특정 방향으로 이동할 때 흔히 편모를 이용한 유영운동을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만 목표지점을 향해 한 방향으로만 움직이는 것이 아니라, 직선방향으로 움직이는 유영운동과 방향을 바꾸는 텀블링 운동이 반복적으로 관찰된다. 일반적으로 편모가 반시계방향으로 회전할 때는 직선방향의 유영운동을 하며 시계방향으로 회전할 때 텀블링을 통해 방향을 전환하는 것으로 알려져 있다.10)

박테리아 운동의 방향성. (출처: 하남출/서울대)

집필

하남출/서울대학교

감수

조유희/차의과학대학교

참고문헌

1. Berg HC, Anderson RA (1973). 'Bacteria Swim by Rotating their Flagellar Filaments'. Nature. 245 (5425): 380–382. PMID 4593496 . doi: 10.1038/245380a0.
2. Silverman M, Simon M (1974). 'Flagellar rotation and the mechanism of bacterial motility'. Nature. 249 (452): 73–74. PMID 4598030 . doi: 10.1038/249073a0.
3. Jahn TL, Bovee EC (1965). 'Movement and Locomotion of Microorganisms'. Annual Review of Microbiology. 19: 21–58. PMID 5318439 . doi: 10.1146/annurev.mi.19.100165.000321.
4. alo AF, Gomendio M, Garde J, Lang-Lenton B, Soler AJ, Roldan ER (June 2006). 'Sperm design and sperm function'. Biol. Lett. 2 (2): 246–9. PMC 1618917 Freely accessible. PMID 17148374 . doi: 10.1098/rsbl.2006.0449.
5. Haimo LT, Rosenbaum JL (December 1981). 'Cilia, flagella, and microtubules'. J. Cell Biol. 91 (3 Pt 2): 125s–130s. PMC 2112827 Freely accessible. PMID 6459327 . doi: 10.1083/jcb.91.3.125s.
6. Macnab RM (2003). 'How bacteria assemble flagella'. Annu. Rev. Microbiol. 57: 77–100. PMID 12730325 . doi: 10.1146/annurev.micro.57.030502.090832.
7. Galkin VE, Yu X, Bielnicki J, Heuser J, Ewing CP, Guerry P, Egelman EH (2008). 'Divergence of quaternary structures among bacterial flagellar filaments'. Science. 320 (5874): 382–5. PMID 18420936 . doi: 10.1126/science.1155307.
8. Atsumi T, McCarter L, Imae Y (1992). 'Polar and lateral flagellar motors of marine Vibrio are driven by different ion-motive forces'. Nature. 355 (6356): 182–4. PMID 1309599 . doi: 10.1038/355182a0.
9. hierry, Mora; Howard, Yu. 'Steps in the Bacterial Flagellar Motor'. PLOS. Retrieved 17 May 2017.
10. S.M. Butler and A. Camilli. Going against the grain: chemotaxis and infection in Vibrio cholerae. Nat Rev Microbiol, 3(8):611-620, 2005.

동의어

flagella, 편모, Flagella