微生物の課題の問題

生育の4つの相は順に、 誘導期、 対数増殖期、 定常期、 死滅期である。 誘導期とは、 微生物の種菌を新鮮な培地に接触した際の一定時間増殖をしめさない時期のことである。 これは培地に適応する期間であり 細胞数は増えないが、細胞の大きさが大きくなる。 対数増殖期とは、誘導期を経て世代時間ごとに細胞数が2倍になる時期である。 一定の組成を保って増殖をし、細胞の種々の活性が最 高くなる期間だ。 この期間は研究材料として最も望ましいため、連続培養ではこの期間の状態を維持する。 定常期とは、増殖が進み、 培養中の栄養枯渇や有害な代謝産物の培地への蓄積により増殖が停止する時期である。 細胞自身が細胞の 濃度を感知する能力を発揮し、細胞間情報伝達によって生存可能な遺伝子発現、 細胞代謝へと変化する場合がある。 死減期とは、 生育環境の悪化、エネルギーの欠乏による生菌数の減少、または細胞の自己消化による溶菌により培養液の光学密度の低 下が観察される時期である。

誘導期、対数増殖期、定常期、死滅期

誘導期とは、 微生物の種菌を新鮮な培地に接触した際の一定時間増殖をしめさない時期のことである。 これは培地に適応する期間であり 細胞数は増えないが、細胞の大きさが大きくなる。

対数増殖期とは、誘導期を経て世代時間ごとに細胞数が2倍になる時期である。 一定の組成を保って増殖をし、細胞の種々の活性が最 高くなる期間だ。 この期間は研究材料として最も望ましいため、連続培養ではこの期間の状態を維持する。

定常期とは、増殖が進み、 培養中の栄養枯渇や有害な代謝産物の培地への蓄積により増殖が停止する時期である。 細胞自身が細胞の 濃度を感知する能力を発揮し、細胞間情報伝達によって生存可能な遺伝子発現、 細胞代謝へと変化する場合がある。

死減期とは、 生育環境の悪化、エネルギーの欠乏による生菌数の減少、または細胞の自己消化による溶菌により培養液の光学密度の低 下が観察される時期である。

細胞壁、細胞膜 細胞壁、細胞膜 細胞膜 ペプチドグリカン セルロース 原核生物は細胞壁と細胞膜を有し、真核細胞では植物細胞がこれと同じく細胞壁と細胞膜の両者を有するが、動物細胞では細胞膜のみで外界との区別がなされている。 真核生物の植物細胞の細胞壁と原核細胞の植物細胞の細胞壁の構成は異なる。 原核生物のそれはペプチドグリカン、真核生物のそれはセルロースが主成分となっている。

核膜、核膜、核様体 線状 環状、プラスミド DNAの格納の仕方では、真核細胞が核膜に包まれた核を有するのに対し、原核細胞では細胞質との隔てがなく、DNAは核様体と呼ばれる領域に局在する。DNAの形状にも違いがあり、真核細胞が線状であるのに対し、原核細胞は環状であり、さらにプラスミドと呼ばれる染色体DNAとは別のDNAも有する

オルガネラ、細胞小器官 真核生物 独立、組織 原核細胞の大きさは、ミトコンドリアや葉緑体といったオルガネラをもたないため、発達した細胞小器官を有する真核細胞に比べて小さい。両者ともにリボソームを有するが、その沈降係数は異なり、真核生物の方が大きい。 原核細胞は単細胞生物として独立に存在したり、鎖状や塊状となって存在するのに対し、真核細胞では、単細胞生物の他に多細胞生物の細胞として同じ機能を有する細胞同士で集まった組織を形成して存在することが特徴的である。

ぺプチとグリカン 陰性、ペリプラズム 陽性、酸性多糖、タンパク質、糖脂質 いずれの細菌もペプチドグリカンからなる細胞壁をもつが、グラム陰性細菌は層が薄く、リポタンパク質によって外膜とつながれており、ペリプラズムという領域を有する。 一方、グラム陽性菌のペプチドグリカン層は厚く、テイコ酸などの酸性多糖、タンパク質、糖脂質などが結合している。

陽性、細胞壁、細胞膜、 陰性、外膜、細胞膜 アセチルグルコサミン、N-アセチルムラミン酸、β-(1→4)結合 袋状 N-アセチルグルコサミン、N-アセチルムラミン酸、細胞壁 ペプチドグリカンは、グラム陽性細菌では細胞壁を構成する構造として細胞膜の外側に位置し、グラム陰性細菌では細胞膜と外膜の間に位置する。N-アセチルグルコサミンとN-アセチルムラミン酸がβ-(1→4)結合することにより形成される多糖鎖と、ポリペプチドが縦横に共有結合した袋状の構造をとる。 また、リゾチームはペプチドグリカンのN-アセチルグルコサミンとN-アセチルムラミン酸との間に形成されるβ-(1→4)結合を加水分解することにより、細菌細胞壁を壊す。

グラム陰性細菌において見られる、細胞膜とペプチドグリカン細胞壁の隙間に相当する水性区画のこと。 糖類やその他の栄養物質を輸送するタンパク質を含有する。 グラム陽性細菌においてはペリプラズムに相当する明確な空間は認められない。

LPSはO抗原多糖部分、コア多糖部分、lipidA部分の三つに大別することができる。 O抗原多糖部分は複数のヘキソースが重合した多糖構造を持ち、4~5個単位で分岐をし、この配列を繰り返す。 コア多糖は、O抗原多糖部分とlipidA部分の間に位置し、これらをつなぎとめる役割を担っている。組成は菌種によってほぼ一定であり、六単糖以外の糖からも構成される。LipidA部分は脂肪酸がN-アセチルグルコサミンリン酸の2糖にエステルアミド結合することにより連結された構造をとる。LPSの毒性は内毒素と呼ばれ、その毒性成分はlipidAに由来する。 lipidAは細胞膜となる脂質二重膜のうち、外膜に取り込まれており、そこから外側に向かってコア多糖、O抗原多糖が位置する。したがって、二種類の糖鎖部分は細菌の細胞表面に存在する。

解糖系やTCAサイクル(クエン酸回路のこと)の還元反応により生じたNADH及びFADH2が細胞膜上の電子伝達系にて電子供与体として電子を供与することにより、プロトンを細胞外へ汲み出す。NADH、FADH2はそれぞれ呼吸鎖の複合体Ⅰ、複合体Ⅱへ電子を供給し、それぞれの複合体は補酵素Qへ電子を受け渡し、補酵素Qは次いでその電子を複合体Ⅲでシトクロムcに受け渡す。シトクロムcを複合体Ⅳに運び、シトクロムcから享受した電子は酸素に受け渡される。すなわち、酸素を還元することにより水を生成する。この一連の流れにおいて、複合体Ⅰ、Ⅲ、Ⅳから細胞外へ汲み出されたプロトンが濃度勾配を形成し、F1F0-ATPaseを通過する際のプロトン駆動力と共役してATP合成が行われる。

好気呼吸の方が有利。好気呼吸では酸素を電子受容体として還元し、水素を酸化することで水を得る。一方、嫌気呼吸では、例えば、硝酸を電子受容体として還元する。そのためRedox couple(酸化還元電位の大きさを示したもの)を参照すると好気呼吸で生じる酸化還元電位は、嫌気呼吸で生じる電位より大きいため、好気呼吸の方がより多くのエネルギーを得ることできるため生育に有利である。

RNAポリメラーゼコア酵素とシグマ因子が複合体としてプロモーター領域と転写開始点を認識する。転写が始まり、シグマ因子が解離し、mRNAが5’→3’方向に伸長する。プライマーは不必要であることが特徴ある。DNAからmRNAが離れる際は、開いたDNAが閉じて二本鎖に戻る。転写終結は、転写ターミネーターと呼ばれる、DNA上で逆 向き反復配列のある部位で起きる。この部位でmRNA はステム-ループ構造をとり、その後ろにUが連結する。蛋白質因子ρを要求する配列もある

誘導基質であるラクトースが存在しないとき、リプレッサータンパク質がラクトースプロモーターの下流に存在するオペレーター部位に結合して、RNAポリメラーゼが進めなくなるため、転写が制御される。しかし、誘導基質のラクトースが存在するとき、リプレッサータンパク質がオペレーター部位から離脱されるため、転写が開始する。

グルコースとラクトースが共存すると、 ラクトースリプレッサーがオペレーターから外 れても、cAMP-CRP複合体が存在せず、RNAポリメラーゼがプロモーターに結合できないために誘導が起こらない。 （ｃAMP-CRP複合体によってRNAポリメラーゼが結合できないから、ラクトースオペロンがないけど転写が制御される） グルコースが培地から無くなって、cAMPが合成されてから、転写が起こり、ラクトースオペロンが誘導される。