항생물질이란?

항생물질은 현대 의학이 이룩한 기적 중 하나이다. 이것은 세균을 무력화시키거나 죽이는 약이다. 대부분의 항생물질은 다른 미생물 보호부터 유래하는 자연적인 화학물질이다.

 

항생물질

항생물질이란

페니실린은 1928년에 빵 곰팡이로부터 처음으로 분리되었고 1940년대 이후로 광범위하게 처방되고 있다. 페니실린이 소개되고 나서 인류의 보건적인 측면에서 가히 혁명이 일어났다고 할 수 있다. 많은 질병의 치사율이 급격히 감소하였고 그로 인해 수많은 생명을 구할 수 있었다. 항생물질 약품 치료의 목표는 사람에게 최소한의 피해를 주면서 우리 몸에 칩
힙한 세균을 죽이는 것이다. 그렇다면 어떻게 항생물질은 수조 개의 인간 세포 중 에서 목표물인 세균 세포를 인식하는 것일까? 대부분의 항생물질은 세균 세포에만 존재하는 구조물에 결합함으로써 이처럼 정밀한 작업을 수행한다.

세포 물질

사람의 신체를 이루는 각 세포는 고도의 복잡성을 가진 미세한 경이로운 그 자체이다. 세포는 세포의 물질대사 요구를 충족시키기 위해 빠른 속도로 물질을 세포 안과 밖으로 이동시켜야 하므로 대단히 작아야만 한다. 세포는 작지만 한편으로는 대단히 복잡한 구조를 하고 있다. 생명체는 대부분의 세균이나 원생생물과 같이 단세포로 되어 있거나 식물 동물 그리고 대부분의 곰팡이(또는 균류)와 같이 다세포로 되어있다. 우리의 신체는 많은 다양한 특성을 가진 수조 개의 세포가 서로 협동하여 살아가는 집단이라고 설명할 수 있다. 이러한 세포의 세계를 탐험하기 위한 우리의 주요한 도구가 바로 초현미경이다.

세포를 보는 현미경

르네상스 시대의 과학자들이 사용하던 현미경이나 현재 여러분이 생물 실험 시간에 사용하고 있는 현미경은 광학현미경(LM)이다. 가시광선이 인간 백혈구와 같은 시료를 통과하게 된다. 그러면 유리로 된 렌즈가 상을 확대하고 이것이 눈이나 카메라에 투영된다. 현미경에서 두 가지 중요한 값은 배율과 분해능이다. 배율은 보이는 물체의 크기가 실제 크기에 비해 얼마나 확대되었는지를 나타낸다. 확대된 상의 선명성은 분해능에 좌우되는데 이것은 광학 기기가 두 물체가 분리된 것으로 보는 능력을 의미한다. 그것이 눈이 되었던 망원경 또는 현미경이 되었던 광학 기기는 분해능의 한계를 가진다.

우리의 눈은 0.1 mm 즉 10m 떨어 진상을 분해 식별할 수 있다. 광학현미경의 분해능은 약 0.2 마이크로미터(um)인데, 이는 작은 세균 세포 크기이다(1 um= 1/1,000m이고 이는 10-$ m에 해당한다).

 

세포는 1665년 영국의 과학자 로버트 훅에 의해 처음 기술되었다. 그는 현미경을 가지고 참나무의 나무껍질로부터 코르크층의 얇은 단편을 관찰하던 중 세포를 발견하였다. 1800년대 중반에 이르러, 그때까지 축적된 세포에 대한 관찰 증거들로부터 세포설이 탄생하게 되었다. 이 학설은 모든 살아있는 생명체가 세포로 이루어져 있다는 결론을 포함하고 있다.
세포 구조에 대한 우리의 지식은 1950년대에 생물학자들이 전자현미경을 사용하여 연구하기 시작한 튀로 켜라는 도약하게 되어있다. 전자 현미정은 가시광선 사용하는 대신에 전자 광선을 사용한다. 전자현미경은 광학현미경보다  향상된 분해능을 가진다. 실제로 가장 성능이 좋은 현대의 전자현미경은 0.2 나노미터 떨어진 물체를 식별할 수 있다(1nm = 1/1,000 m 또는 10-3 um이 더 10+ m에 해당한다. 생물학자들은 세포 표면의 정밀한 구조물을 연구하기 위하여 주사전자현미경(SEM)을사용한다. 투과전자현미경(TBM)은 세포의 내부 구조를 관찰하는데 특히 유용하게 쓰인다. 이 두 가지 형태의 전자현미경 관찰을 위한 시료 준비를 위해서는 우선 세포를 죽이고 관찰 전에 보존하는 것이 필요하다. 그러므로 살아있는 세포를 관찰하는 데는 광학현미경이 여전히 유용한 창의 역할을 한다.

 

주요한 두종류의 세포
지구상에 존재하는 무수히 많은 세포는 기본적으로 크게 두 종류로 나눌 수 있다. 그것은 바로 원핵세포(prokaryotic CELl)와 진핵세포(eukaryotic cel)이다. 진정세균과 고세균이 원핵세포로 이루어져 있으며, 이들을 원핵생물(prokaryotes)이라고 부른다. 이들 이외의 모든 다른 생물들 즉 원생생물, 식물균류 그리고 인간을 포함한 동물은 진핵세포로 이루어져 있으며 이들을 진학생물(eukaryotes)이라고 부른다. 원핵세포와 진핵세포는 여러 중요한 점에서 서로 다르다. 원핵세포는 전형적인진 정체 세포의 10분의 1 정도 크기밖에 안 될 만큼 작다. 화석기록에 따르면 원핵생물이 진화학적 과정에서 진핵생물보다 훨씬 더 오래전에 지구상에 나타났고 다. 원핵세포와 진핵세포 간의 가장 현저한 구조적 차이는 원핵세포는 막으로 둘러싸인 세포 내 구조물을 갓도 있지 않다는 것이다. 반면에 진핵세포는 여러 종류의 막으로 둘러싸인 세포소기관을 갖고 있다. 진핵세포의 핵은 막으로 둘러싸여 있으며 대다수 세포의 유전물질인 DNA를 간직하고 있다. 원핵세포는 이러한 핵을 갖고 있지 않으며 DNA가 핵양체에 꼬인 형태로 존재한다. 진핵세포에서는 생명을 위한 많은 작업이 여러 내부 공간에서 나뉘어 수행된다. 세포 내의 칸막이는 막으로 되어 있고 이것이 세포 내 독특한 화학적 환경을 갖는다. 

진핵세포의 관찰

진맥 세포인 동물세포와 식물세포의 구조를 보여주고 있다. 두 종류의 세포는 아주 얇은 외부 막인 원형질막을 갖고 있다는데 이것은 세포와 그를 둘러싸고 있는 외부 사이의 물질 소통을 조절한다. 각 세포는 막으로 둘러싸인 유전자들을 함유한 세포소기관인 핵을 갖고 있다. 핵과 원형질막 사이의 지역 전체를 세포질이라 부른다. 이곳은 세포기질로 채원이기에 있고 다양한 세포소기관들이 떠 있게 된다. 대부분의 세포소기관은 막으로 둘러싸여 있지만 막으로 둘러싸이지 않은 세포소기관들도 있다. 대부분의 세포소기관은 동물세포와 식물세포 모두에서 발견된다. 엽록체는 단지 식물세포에서만 나타나는 것이 중요한 차이점이다. 엽록체는 광 에너지를 영양분의 화학 에너지로 전환하는 세포 소기관이다. 식물세포에는 원형질막 외부에 세포벽을 갖고 있는 것이 주목할 만한 점이다.