미생물 공부하기 - 세포외피

원핵세포의 한 종류인 세균은 세포외피로 둘러싸여 있는데, 이는 세포벽(cell wall)과 세포막(cell membrane)의 두 층으로 구성되어 있으며 각층은 고유한 기능을 가지면서도 유기적으로 연결되어 세포를 지탱합니다.

 

세포외피의 종류

세균을 구분짓는 대표적인 방법으로 그람 염색법(Gram stain)이 있습니다. 이는 덴마크인 의사 한스 크리스찬 그람이 고안한 염색법으로, 염색법에 따라 모든 세균은 그람 양성과 그람 음성 두 그룹으로 분류할 수 있습니다. 그람 염색법을 위해서는 전자현미경과 생화학적 분석이 필요합니다.

 

그람 양성균과 그람 음성균의 차이는 세포외피의 구조적 차이 때문입니다. 그람 양성균의 세포외피는 두꺼운 펩티도글리칸으로 구성된 세포벽과 상대적으로 얇은 층의 세포막 두 층으로 이루어져 있습니다. 그람 음성균의 세포외피는 세포외막, 얇은 펩티도글리칸 층, 세포막으로 이루어져 뚜렷한 3개의 층으로 나타납니다. 

 

세포벽

세포벽은 세균의 외형을 결정하는 구조물질이며, 삼투압 등의 외부요인으로부터 세포의 형태가 변형되지 않도록 지켜주는 구조적 지지대의 역할을 합니다. 세포벽을 이루는 물질인 펩티도글리칸(peptidoglycan)은 단당류의 긴 중합체로, 사슬 형태인 글리칸을 뼈대로 하여 여기에 짧은 펩티드 조직이 붙어있는 형태를 가집니다. 

 

그람양성균의 세포벽은 두께가 20~80nm로 두껍게 형성되어 있고 펩티도글리칸 층에 연결된 세포벽 테이코산과 지질 테이코산이 있습니다. 여기서 테이코산(teicoic acid)이란 리비톨이나 글리세롤이 인산으로 연결되어 있는 중합체로, 세포벽 구조의 유지와 세포분열 시 세포외피의 성장에 중요한 역할을 한다고 합니다.

 

그람음성균의 세포벽은 외막과 두께가 1~3nm로 얇은 펩티도글리칸 층의 두 층으로 구성되어 있습니다. 외막의 구조는 세포막과 유사하지만 특별한 종류의 지질다당체와 지질단백질을 가지는 것이 특징입니다. 병원성 세균의 경우 이러한 지질부분이 함유한 내독소가 질병의 직접적 원인이 되기도 합니다.

그람음성균에 존재하는 외막은 또 하나의 장벽으로 작용하여, 물질이동에서 염색약이나 살균제 등의 화학물질이 내부로 침입하지 못하도록 막아주는 역할을 합니다. 이 차이로 인해 그람 염색법으로 그람양성균과 그람음성균을 구분지을 수 있습니다.

 

세포막

세포막은 세포벽 안쪽에서 세포질을 감싸고 있으며, 그 폭은 5~10nm로 얇은 막으로 존재합니다.

특별한 기능을 담당하는 세포소기관을 가지는 진핵세포와 달리 원핵세포는 세포소기관을 갖고 않습니다. 때문에 세포막이 에너지대사, 세포구성성분의 합성, 영양물질의 처리 등 다양한 역할을 위한 장소로 이용됩니다. 

호흡기관을 따로 가지지않는 원핵세포의 호흡과 ATP합성에 관여되는 대부분의 효소 역시 세포막에 존재합니다. 세포막에 존재하는 효소는 다양한 구조고분자물질의 합성과 분비에도 사용되며, 효소 및 독소 등도 세포막을 통과하여 외부로 방출됩니다.