원핵세포

원핵세포 또는 원핵생물(prokaryote)은 막구조로 된 핵의 구조를 지니고 있지 않은 단세포생물 (그림 1) 로서 ‘이전’(그리스어의 pro-: before) + ‘핵(그리스어의 karyon: 현대의 nucleus)’을 어원으로 한다. 원핵생물은 진핵세포(eukaryote)의 반대개념으로서 세포 내 주요 물질(단백질, DNA 및 RNA 등)이 세포질(cytoplasm) 내부에 별도의 막 구조 없이 존재한다. 하지만 세균의 경우 원시적인 세포소기관(organelle)인 단백질 기반 미세분획구조(microcompartment)를 지니고 있다. 원핵세포는 지구상의 진화 과정에서 최초로 등장한 생물이라고 여겨진다.

그림 1. 전형적인 원핵생물 세균 (출처: 위키피디아, https://en.wikipedia.org/wiki/Prokaryote#/media/File:Prokaryote_cell.svg )

원핵생물은 대부분 단세포 생물 (unicellular organism)로 존재하지만 남세균(cyanobacteria)의 경우엔 큰 군집(colony)를 형성하기도 하고, 점액세균 (myxobacteria)의 경우 생애주기에 다세포 단계를 거치기도 한다. 원핵생물은 생명체의 세 개의 역(domain) 중 두 가지인 세균 (bacteria)과 고세균 (archea)을 포함하며, 다른 하나의 역이 사람 등의 동물과 식물, 균류, 원생생물계를 포함하는 진핵생물이다.

원핵생물은 일반적으로 이분법 (binary fission)에 의한 무성생식을 통해 번식한다. 유전적 교환은 유성생식이 아닌 수평적 유전자 전달 (horizontal gene transfer)에 의해 일어나는데 세균의 경우 접합(conjugation), 형질전환(transformation), 형질도입 (transduction)이 대표적인 예이다.

목차

원핵생물세포는 다양한 형태를 가지는데, 세균의 경우 기본적으로 구형 (coccus), 막대 모양 (bacillus), 나선 모양(spirochete), 쉼표 모양 (vibrio)의 네 가지 형태 이상으로 존재한다. 대부분의 원핵 세포의 크기는 1 μm에서 10 μm 사이이지만 훨씬 작은 0.2 μm (Mycoplasma genitalium)에서 훨씬 큰 750 μm (Thiomargarita namibiensis)의 크기까지 매우 다양하게 존재하기도 한다.

원핵생물세포는 진핵세포보다 원시적이라 볼 수 있는 원핵세포골격 (prokaryotic cytoskeleton)을 가지고 있다. 가령 액틴(actin)과 유사한 MreB와 튜불린(tubulin)과 유사한 FtsZ를 가지고 있다. 또한 편모의 나선형으로 배열된 플라겔린 (flagellin)은 세균의 중요한 생리반응인 주화성 (chemotaxis)에 필수적인 세포골격 단백질이다. 일부 원핵생물세포는 원시세포소기관을 지니고 있는데, 막과 유사한 구조를 가지기도 하고 단백질 (protein) 또는 탄수화물 (carbohydrate)에 기반한 구조를 가지기도 한다. 이밖에 모든 생명체에 존재하는 세포막 (cell membrane), 세포의 외골격 역할을 하는 세포벽 (cell wall), 세포막 안에 중요한 유기 물질을 지니고 있는 세포질, 기능적으로 진핵생물의 핵에 해당하는 유전물질을 지니고 있는 핵체(nucleoid) 등을 보유하고 있다.

1977 년 칼 우즈(Carl Woese)는 구조와 유전적 차이에 근거하여 원핵생물을 세균과 고세균으로 분리 할 것을 제안했다. 가령, 형태적으로는 세균과 고세균이 유사하지만, 고세균은 전사와 번역에 관여하는 효소의 경우 세균보다는 진핵생물에 더 가깝다. 고세균은 원래 극한생명체 (extremophile), 즉, 극한적인 환경 (예, 높은 염도, 높은 온도, 강산, 강염기 등)에서만 존재하는 생명체라고 여겨졌으나 이후 다양한 환경의 서식지에서 발견되었다.

핵(nucleus), 진핵생물(eukaryote), 세포질(cytoplasm), 세포소기관(organelle), 미세분획구조(microcompartment), 단세포 생물(unicellular organism), 남세균(cyanobacteria), 군집(colony), 점액세균(myxobacteria), 역(domain), 세균(bacteria), 고세균(archea), 이분법(binary fission), 수평적 유전자 전달 (horizontal gene transfer), 접합(conjugation), 형질전환(transformation), 형질도입(transduction), 구형(coccus), 막대 모양(bacillus), 나선 모양(spirochete), 쉼표 모양(vibrio), 원핵세포골격(prokaryotic cytoskeleton), 액틴(actin), 튜불린(tubulin), 플라겔린(flagellin), 주화성(chemotaxis), 단백질(protein), 탄수화물(carbohydrate), 세포막(cell membrane), 세포벽(cell wall), 핵체(nucleoid), 극한생명체(extremophile)

Molecular Biology of the Cell 6th Ed (Alberts et al., Taylor & Francis)