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CRISPR-CAS9 system 리포트

CRISPR – Cas9유전자 가위 기술에 대하여Ⅰ . 서론 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………………2pⅡ . 본론 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….………3pⅰ. 유전자 편집 기술을 위한 인류의 발걸음 ………………………………………………………………………………..………………………3pⅱ . CRISPR/Cas system – 박테리아의 후천적 면역 체계 ..…………………………………………..……………………………..………4pⅲ . CRISPR/Cas system 의 유전자공학적 응용 – 유전자 가위 ……..…………………………………………….….…………………6pⅢ . 결론 …………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………..………………8pⅰ . CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술의 활용 ……………………………………………………………………………..…………………………8pⅱ . 기술적 문제와 윤리적 문제 …………………………………………………………………………….…….....………….……….…………………9pⅣ . 참고 문헌 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………11pⅠ . 서론유전자, Gene.유전자는 모든 생물에게 내재된 유전의 정보의 기본 단위, 정보서열로서, 세포를 형성하며 유기적 생명현상을 유지하는데 필요한 단백질 등을 생산해낼 수 있는 정보를 담고 있으며, 각 개체 고유의 특징을 나타내게 할 뿐만 아니라 복제를 통해 다음 세대의 자손에게 유전된다.그러나 이런 유전자에 문제가 생겨 발생하는 유전성 질환 또는 유전적 질환인 유전병은 건강한 사람에게서 유전자의 돌연변이를 통해 발병하거나, 유전자의 특성에 따라, 다음 세대의 자손에게 같은 유전병이 유전되기도 한다. 자신의 유전병을 물려주기 싫고, 예로부터 불로EN)2011년 말 등장한 TALEN 기술은 식물 병원성 박테리아 ( 그림1. 유전자 가위 기술 진화 )에서 유래되었으며 ZFN 기술에 비하여 제작 기간과 비용이 비교적 절감되었으며 DNA 의 선택성과 타겟 선정이 비교적 유연한 편이고 특이성도 높을 뿐 아니라 1bp 단위의 정교한 인식도 가능하다. 그러나 TALEN 의 단백질 구조가 훨씬 크고 반복적이므로 바이러스 전달체를 이용하더라도 세포 내로 전달하기는 다소 어렵다는 한계를 가지며, 여전히 오래 걸리는 제작기간과 높은 비용도 문제였다.3세대 – 크리스퍼 (CRISPR)1987년 일본 오사카대학의 과학자들은 흔한 세균을 연구하던 중, 특이한 점을 하나 발견했는데, 한 유전자 옆에서 특이한 DNA sequence 가 계속하여 반복되고 있었던 것이다. 그리고 이 안에 제한 효소 자리에서나 볼 수 있는 회문 구조가 있었는데 역 반복 서열 사이에 몇 개의 염기가 끼어 있었다. 이것이 무슨 역할을 하는 것인지 그때는 도무지 알 수 없었다. 그로부터 2000년대에 들어와서야 지금 그 sequence 의 생물학적 의미가 알려졌고 이름을 CRISPR ( Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat ) 라고 부르기 시작했다. CRISPER 는 TALEN 과 마찬가지로 세균의 항 바이러스 메커니즘에서 유래한다. 크리스퍼는 세균의 전 유전체에 규칙적으로 띄엄띄엄 널려 있는 작은 Palindrome (회문 구조)로, 박테리아 게놈의 약 40%, 고 세균 게놈의 90%에서 발견되는 바이러스의 DNA 이다. FokI 을 사용하는 ZFNs나 TALEN 과는 달리 크리스퍼는 Cas9 이라는 효소를 사용하여 DNA 를 절단한다. Cas9은 FokI 와 비슷하나, DNA를 좀 더 깊이 자를 수 있다.유전자를 Guide RNA 로 인식하여 성공률도 높고 제작 기간도 획기적으로 짧아졌으며 비용도 저렴했는데, 즉 효율성은 높고 비용은 낮은 3세대 기술이 발견되면서 유전자 가위의 대중화가 rRNA(Guide RNA)를 이루며 이 crRNA에 파지 로부터 유래한 스페이서 서열이 포함되어 있고, 회문 구조를 이룬 반복 서열은 머리핀 구조를 이루는데, crRNA가 Cas 에 결합하여 특이적인 결합을 일으켜 재 침입한 파지 유전정보가 일치하는 바이러스의 DNA에 달라붙어 그곳을 절단한다. 이것이 바로 박테리아의 적응 면역력이다. 즉, 파지의 DNA 일부를 자신의 유전체 속에 넣어 기억하고 있다가 같은 종류의 파지가 들어오면 즉시 파괴해버리는 능력은 마치 척추동물이 가지고 있는 항원 항체 반응과 매우 유사하다. 결론적으로 CRISPR/Cas System의 발견은 정말 신선한 충격이였다!( 그림2. 미생물 속 크리스퍼 유전자 가위의 면역 작용 – 출처 : 네이처 )결론적으로 CRISPR/Cas system 의 작용 과정은스페이서 획득, 크리스퍼 RNA 생성, 간섭의 3 단계로 요약할 수 있다.ⅲ . CRISPR/Cas system 의 유전자공학적 응용 – 유전자 가위CRISPR/Cas system 의 놀라운 과학적 발견은 유용한 공학적 응용으로 과학자들의 이목을 다시 한번 끌었다. 그로 인해 연구가 진행됨에 따라, CRISPR 에는 세가지 타입이 있다는 것이 알려졌다.그중 타입Ⅰ과 타입Ⅲ는 여러 Cas 복합체를 이루어 DNA를 분해하는데, 타입Ⅱ만 단지 하나의 Cas 만이 관여했는데, 이것이 바로 Cas9 protein 이다.( 그림3. 카스단백질의 기능적 분류 – 출처 : Makarova KS, Wolf YI, Koonin EV.(2013)The basic building blocks and evolution of CRISPR-Cas systems.Biochem Soc Trans.,41:1392-1400 )과학자들은 이 Cas9 을 이용하여 파지 DNA가 아니라 실험자가 원하는 표적 DNA 를 절단할 방법을 연구했고 2012년에 두 여성 과학자는 특정 표적 DNA 서열을 가지는 crRNA 와 이 RNA와 상보적으로 결합하는 tracrRNA가 함께 작용하수많은 실험실에서 CRISPR-Cas9 을 이용한 연구결과가 배출되었으며 인간배양세포는 물론이고 다양한 동물, 식물, 미생물의 유전자 교정 도구로 널리 사용되었다.결국, 인간을 비롯, 생명체의 DNA를 고쳐 쓰고 편집하게 해주는 두 여성 과학자의 CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술의 발견은 이미 생명과학 분야 내 혁명을 넘어섰다.Ⅲ . 결론ⅰ . CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술의 활용본론에서 언급한 바와 같이, 잘라내고 싶은 유전자 부위를 편집해 원하는 대로 기능을 교정할 수 있는 CRISPR-Cas9 의 유전자 가위 기술이 발견되고 나서 연구가 활발하게 진행되었으며 수많은 연구 결과가 배출되었고, 특히 3세대 유전자 가위 기술 CRISPR에 대한 연구는 매년 100%이상의 연구 성장률을 보이고 있다. CRISPR-Cas9 의 기술은 현재 농업 계, 의료계에 매우 큰 영향을 미치고 있다. 농업계에서는 유전자 조작 식품을 쉽게 제작함으로써, 곰팡이, 해충, 가뭄을 견디는 농작물을 만들 수 있었으며 선호되는 특성을 가진 가축을 만들어 전 세계 식량생산 기능을 바꾸기도 하였다.대표적으로 CRISPR/Cas9 유전자 가위 기술을 이용한 대표적인 연구들을 몇몇 소개하자면,첫번째로, 하버드대 브로드 연구소 데이비드 류 자연과학 교수 팀의 유전자 가위를 이용한 베토벤 생쥐가 있다. 동물의 청력은 달팽이관의 유모 세포가 음파의 압력을 전기 자극으로 바꿔 뇌로 전달하면서 생기는데, TMC 1 유전자에 열성 변이(T염기가 있어야 할 자리에 A가 잘못 들어감)가 생긴 생쥐는 생후 4주 즈음에 유모세포가 빠르게 퇴화해 청력이 약해지다 결국은 상실되게 되는데, 이 경우 같은 열성 변이는 우성 변이보다 교정이 더 까다롭다. 우성 변이는 한 쌍의 유전자에서 돌연변이만을 제거하면 정상 유전자가 힘을 발휘하지만, 열성 변이는 한 쌍의 유전자 전부를 고쳐야 정상적으로 기능하기 때문이다. 데이비드 류 교수 팀은 유전자 가위를 이용해 이러한 열성 변이 유전자를 편집했고, 변이 유전자를작동의 확률도 높아질 수 있다. 즉 바이러스를 쓰지않고 전달 효율이 높은 나노 입자를 활용해 RNA나 단백질을 전달하는 기술을 연구하는 것처럼 교정과 전달 효율을 높여야 하는 보완점이 필요하다고 생각된다.또한, 유전자를 마음대로 자르고 붙이는 편집 기술 사용과 관한 윤리적 문제를 빼놓을 수는 없을 것이다.대표적으로 중국에서는 유전자 편집 기술을 이용해 2015년 중국 준쥬황 연구팀이 세계 최초로 인간 배아의 유전체를 편집한 결과를 발표했으나 세계 최고급 의학저널들인 Nature 와 Science 는 그들의 논문을 윤리적인 문제로 거부했다. 이렇듯, 유전자를 조작하는 과학기술에는 언제나 윤리적 문제가 함께하며,특히 인간 배아에 대한 유전자 가위 기술의 적용이 허용되어야 하는지의 여부, 허용의 정도 등은 사회적 합의와 규제가 필요한 부분이다. 자칫 우생학적 맞춤 아기의 탄생, 혹은 빈부 격차에 따른 치료의 불평등을 야기할 우려 또한 있다.(그림6. 유전자 편집기술을 통한 건강한 아기 – 출처: 자유시간-유전자편집기술 )그러나 다시 규제 일변도로 대처할 경우 관련 연구 및 기술의 발전을 저해할 수도 있다.일각에서는 “유전자에 결함이 있는 인간이 배제되는 상황이 도래할 수도 있다.” 는 주장을 하지만 이 흐름은 이미 세상에 받아들여지고 있다. 유전자의 결함으로 일어나는 ‘다운증후군’을 임신 진단 하는 방식으로, 유럽에서는 임산부의 92%가 아기를 포기하고 있다는 사실이 존재한다.유전자 편집 기술을 이용한 유전공학은 인간의 새로운 ‘진화’ 일지도 모른다.따라서 위험한 기술이라고 그냥 덮어버려 과학의 발전을 중지시키기 보다는, 이러한 윤리적 문제를 해결하기 위해 전문적 지식에 기반한 적절한 가이드라인의 규제 마련을 통해 기초연구 자체는 활성화 시키고, 사업화의 과정에서 윤리적 규제를 강화하는 방안도 생각해 볼 수 있겠다.이번 과제에 대해 조사하며, 복사 붙여 넣기 하기보다는 하나하나 이해하면서 관련자료들을 찾아보는 방식으로 조사하고 작성하였다. 과제를 작성하며 새로운 지1

자연과학| 2022.03.10| 12페이지| 1,500원| 조회(528)

유전공학, CRISPR, CRISPR/Cas9, 크리스퍼

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성 호르몬 [A+ 레포트]

Developmental Biology REPORT– 성 호르몬 –(학번과 이름 작성)Date :담당 교수 :이 레포트를 과제물로 제출합니다.Ⅰ . Hormone ?ⅰ. 호르몬, 성 호르몬 이란? ……………………………………………………………………………………………………………..……………………2pⅡ . GnRH ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………3pⅢ . FSH 와 LH …………………………………………………………………………………………………………………………………….………………………4pⅰ . 여포자극 호르몬 (FSH, Follicle Stimulating Hormone) ………………………………………………………..…………………………4pⅱ . 황체형성 호르몬 (LH, Luteinizing Hormone) ……………………………………………………………………….…………………………5pⅣ . 여성 호르몬 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………5pⅰ. 여성에서의 호르몬 작용 …………………………………………………………………………………………………………..………………………6pⅱ . Estrogen ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………6pⅲ . Progesterone ………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………7pⅳ . 여성의 생식주기와 호르몬과의 관계 …………………………………………………………………………………….…….…………………7pⅴ . 여성에서 발견되는 남성호르몬 ………………………………………………………………………………………………………………………9pⅤ . 남성 호르몬 …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………9pⅰ. 남성에서의 호르몬 작용 ……………………………………론 양은 남성에서 여성보다 10배 이상 더 높은 반면, 에스트로젠은 여성에서 10배 이상더 높다. 프로게스테론도 여성에서 훨씬 더 많이 분비된다. 성 호르몬은 생식과 관련하여 직접 및 간접적으로 정자 혹은 난자의 형성을 조절하지만, 여러 다른 기능도 수행한다.이제부터, 이들 성 호르몬들이 어떤 종류가 있는지, 어떻게 기능하고 작용하는지에 대해 알아보도록 한다.Ⅱ . GnRHGnRH는 생식샘자극 호르몬 방출호르몬 ( Gonado-tropin releasing hormone ) 을 뜻하는데, 시상하부(hypothalamus)에서 방출되어 뇌하수체 전엽 (Anterior pituitary)에서 생식샘 자극 호르몬(Gonadotropins) 을 분비하도록 유도한다. 비록 남성과 여성의 호르몬 양상은 다르지만 Androgen 과 Estrogen은 모두 뇌하수체 전엽의 생식샘 자극 호르몬인 황체형성호르몬 (LH)와 난포자극 호르몬 (FSH) 의 조절을 받으며 궁극적으로 시상하부에서 유리되는 생식샘자극호르몬 분비호르몬(GnRH) 의 조절을 받는다.남성에서 FSH는 고환에서 정자생산을 증가시키고 LH는 고환의 Leydig celle을 자극하여 테스토스테론(testosterone)분비를 촉진시킨다. 테스토스테론이 증가하면 음성피드백 기전에 의해 시상하부의 GnRH 분비를 억제한다. 또한 FSH에 의해 자극된 고환에서는 inhibin을 분비하고 인히빈도 시상하부의 GnRH 분비를 억제한다. 여성의 경우는 월경주기 동안 GnRH의 박동성 분비 횟수는 다양하고, 배란 직전에 GnRH가 급증한다. 무엇보다 GnRH는 단일 호르몬으로 난포 성장, 배란 및 황체 유지의 복잡한 과정을 조절한다. 여성의 경우에는 FSH와 LH가 난소를 자극하여 에스트로겐과 프로게스테론 분비를 증가시킨다. 에스트로겐과 프로게스테론 분비가 증가되어 포화 상태에 이르면 이들 호르몬 자체가 피드백 기전에 의해 시상하부의 GnRH 분비를 억제한다.즉, GnRH 생식샘자극호르몬 방출 호르몬은, 성호르몬의 시작지점 이르몬인 프로게스테론이다.난포와 황체에서는 각기 여성호르몬을 분비하여 생식기의 발달과 기능유지, 물질대사와 일반 행동에 까지도 영항을 미친다. 대표적인 여성 호르몬인 에스트로겐과 프로게스테론 에 대해서 알아보자.ⅱ . Estrogen에스트로겐은 주로 동물의 난소 안에 있는 여포와 황체에서 주로 분비되며, 태반에서도 분비되어 생식주기에 영향을 주므로 여성호르몬으로 알려져 있다. 에스트론, 에스트라디올, 에스트리올의 세 종류가 있다. 에스트로겐은 여성의 난소 안에 있는 여포와 황체에서 주로 분비되고, 태반에서도 분비되기 때문에 여성호르몬으로 잘 알려져 있다. 하지만 부신피질이나 남성의 정소에서도 약간 분비되기 때문에 여성에게만 존재하는 호르몬은 아니다. 벤젠 고리를 가지고 있는 스테로이드 호르몬이기 때문에 화학적으로 매우 안정되어 있다. 일반적으로 에스트론(E1), 에스트라디올(E2), 에스트리올(E3) 세 종류가 잘 알려져 있다.여성 호르몬의 한 종류인 에스트로라디올(estradiol,E2)일반적으로 에스트로겐은 이쪽을 가리킨다.-에스트로겐의 역할 : 에스트로겐은 사춘기 이후에 많은 양이 분비되어 여성의 성적 활동에 많은 영향을 끼친다. 사춘기에 일어나는 여성의 이차성징의 원인이 되어 가슴을 나오게 하고 성기를 성숙하게 하며 몸매에도 영향을 준다. 또한 여포자극호르몬(FSH), 황체형성호르몬(LH), 프로게스테론과 함께 작용하여 자궁벽의 두께를 조절하고 배란에 관여한다. 즉 생식주기를 조절하는 역할을 한다. 난소에서 분비된 에스트로겐은 혈류를 타고 자궁으로 이동하여 자궁내막을 증식시켜 수정란이 착상 할수 있도록 준비시켜 준다.-에스트로겐의 조절 : 여포와 황체에서 분비되는 에스트로겐의 양은 여포자극호르몬에 의해 조절된다. 이렇게 해서 분비된 에스트로겐은 피드백 작용을 통해 여포자극호르몬 분비를 줄이고 황체형성호르몬의 분비는 늘린다.-에스트로겐의 활용 : 에스트로겐은 생식주기에 직접적인 영향을 주기 때문에 월경에 이상이 왔을 때의 치료법으로 사용된다. 또한 같은 이은 남성 호르몬 때문이다. 여성에게 남성 호르몬이 부족하면 성욕과 삶의 활력, 근육량이 떨어지기도 한다. 폐경 이후 여성은 근육량이 30~50% 가량 줄어드는데, 원인이 남성 호르몬 감소 때문이라는 연구 결과도 있다.반대로 여성에게 남성 호르몬이 많아지면, 다모증, 여드름, 지성 피부, 희발월경 또는 무월경, 성욕 변화, 식욕증진, 체중 증가, 남성화 등의 부작용이 나타나게 된다. 남성 호르몬 과다증은 다모증이나 여드름과 같이 미용적인 문제를 초래할 뿐만 아니라, 내과적인 문제를 야기할 수도 있는데, 그 예로 장기간 과다한 남성 호르몬에 노출되면 지질 대사에 문제가 생겨서 심혈관 질환에 걸릴 위험성이 높아진다. 더구나 배란이 안 되면 자궁내막이 두꺼워져서 자궁내막 증식증이 생기고 심지어는 젊은 나이에 자궁내막암으로 발전하기도 한다.따라서 남성호르몬은 남성에게서만 중요한 것이 아닌, 여성에게서도 중요한 역할을 하지만, 그것이 과다하게 분비될경우 남성 호르몬 과다증이 발병되는 등, 적절한 호르몬 수치의 유지는 매우 중요하다.Ⅴ . 남성 호르몬ⅰ. 남성에서의 호르몬 작용출생 후 14세 정도까지는 남녀간에 성적인 차이를 크게 나타내지 않다가, 남성의 경우에 사춘기가 되면 여포자극 호르몬과 황체형성 호르몬의 분비에 의해 고환의 발육이 촉진된다. 이 때부터 특히 주요한 남성 호르몬인 테스토스테론(Testosterone)이 분비되기 시작하여 생식기 발달 외에 성모 발생을 촉진하고 뼈와 근육을 증강시키는 등의 남성의 특징을 갖추게 된다.사람의 발생 과정중, 남성 성 염색체인 Y 염색체가 남성을 구별지었더라도 생식선이 발생하는 데에는 성 호르몬의 영향이 크다. 이것을 2차적 성 결정이라 한다.남성의 발생 과정중 정소 형성 시에는 중요한 호르몬과 단백질이 만들어지는데, 테스토스테론과 항뮐러관인자, DHT 가 있다. 테스토스테론은 태아를 남성화시키고, 음경,음낭,전립선 등 남성의 주요 생식 구조를 만든다. 항 뮐러관 인자는 원래 자궁,난관,자궁경,질의 상부구조가 될 뮐러관을 퇴화약제이다. 여성 호르몬과 비슷한 구조를 가진 여러 가지 합성 호르몬제가 존재하며, 여성호르몬제는 주로 피임과 폐경 후의 갱년기 증상 완화 외에도 월경 곤란증, 과다월경, 사후피임 등의 여러 목적으로 사용된다.ⅰ. 성 호르몬을 이용한 피임약피임약은 크게 두가지의 종류로 나뉘게 되는데, 경구피임약과 사후 피임약이 존재한다.경구 피임약은 에스트로겐과 프로게스테론의 합성물질로, 경구피임약을 주기적으로 복용할 시에는 체내 에스트로겐과 프로게스테론의 혈중농도가 높아지게 된다. 에스트로겐과 프로게스테론의 높은 혈중농도는 음성 되먹임 기전으로 뇌하수체의 FSH와 LH의 분비를 억제하기 때문에 배란을 억제하는 효과를 얻고있다. 따라서 배란이 억제되므로 수정이 되지않아 피임이 되는 원리인 것이다.경구 피임약의 원리는 배란을 억제하며, 자궁벽이 수정란에 우호적이지 않는 환경으로 만든다 또한 자궁경부의 점성을 높여 정자의 침투가능성을 떨어뜨려 수정을 막는다.경구 피임약은 피임을 목적으로 할 경우, 월경이 시작되는 첫 날부터 복용해야 효과를 볼 수 있다.월경을 시작한다는 것은, 다시 난포가 성숙되기 시작한다는 의미인데, 이를 방지하기 위하여 첫날부터 복용하는 것이다.사후 피임약은 피임의 실패시 관계후에 복용하는 것으로, 성관계후에 응급으로 복용하여 인위적으로 임신 가능성을 낮추는 약물이다. 관계후 72시간 내에 복용하는 것이 원칙이나, 복용시간이 늦어질수록 사후피임약의 효과는 더욱 떨어진다. 평균적으로 12시간 내에 복용하는 것이 바람직하다.사후피임약은 고농도 합성 호르몬의 효과로, 배란을 억제하고, 수정란의 자궁착상을 방해한다.일반 피임약에 비해 호르몬 함량이 약 10배 이상 높으며 체내 호르몬의 농도를 인위적으로 폭발적 증가를 시키기 때문에 자주 복용하면 여러 부작용이 나타난다.Ⅶ. 요약 및 결론사람의 성은 임신이 되는 시점에서 결정된다. 난자의 염색체(X.X) 와 정자의 염색체 (X.Y) 중에 어떤 결합이 이루어지느냐에 따라 여자, 남자가 결정되나, 남자가 남자답게 되고, 여자

자연과학| 2021.06.15| 16페이지| 1,000원| 조회(183)

에스트로겐, 성호르몬, LH, 프로게스테론, 생리주기, FSH, GnRH

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세포 ATP 합성경로 (해당작용,TCA회로,전자전달계,광인산화)

BIOCHEMISTRY REPORT– 세포의 ATP 합성 경로 –Date :담당 교수 :이 레포트를 과제물로 제출함.TABLE OF CONTENTS① What is ATP in Biology?② Glycolysis- 역사 : 해당의 발견- 정의 : 해당 과정- 해당과정 이후의 작용③ TCA Cycle- 역사 : TCA 회로(시트르산 회로)의 발견- 정의 : TCA 회로 (시트르산 회로)- TCA 회로 (시트르산 회로) 의 전체 단계④ Electron Transport Chain (ETC)전자전달계와 산화적 인산화전자 전달계를 통한 전자의 이동화학 삼투⑤ Photosynthesis – photophosphorylation명반응┗ 물의 광분해, 광 인산화암반응┗ 캘빈 회로⑥ ReferenceIntroduction - What is ATP in Biology?모든 살아있는 세포에서 에너지 저장소 역할을 하는 분자인 아데노신 삼인산.(Adenosine Triphosphate) 의 약자로, 모든 생명체 내에 존재하는 유기 화합물이다.5 탄당 리보스 (ribose)와 아데닌(adenine)이 결합한 아데노신(adenosine)에 3 개의 인산기 (phosphate) 가 결합한 구조를 이루고 있으며, 이 때 결합하는 인산기의 개수가 3 개여서 3 인산(triphosphate) 이라 부른다.ATP 는 호흡에 의해 생성되며, 대부분의 세포 과정에서 에너지 원으로 사용된다.인산 사슬은 ATP 분자에서 에너지를 운반하는 역할을 한다. 원자와 분자가 결합할 때, 에너지가 저장되며, 이 에너지는 화학결합을 통해 보존되지만, 이러한 화학 결합이 깨지면 에너지가 방출된다. ATP에서 이루어진 화학 결합은 매우 강력하며 인산 사슬은 강한 음전하를 띤다. 따라서 항상 양전하 분자와 결합하려는 성질이 있다. 이러한 분자들은 ATP 에서 분리되어 양전하와 결합함으로써 균형을 이룰 수 있기 때문이다. 이러한 성질에 반하여 음전하를 띠고 있는 인산 사슬과 결합하는 데는 많은 에너지가 요구된다. 그다.거의 모든 생물에서 해당과정은 세포질에서 일어난다. 해당과정은 크게 두 단계로 나눌 수 있다.에너지 투자기 (Preparatory phase) : ATP 를 소비하는 단계에너지 회수기 (payoff phase) : ATP 를 생산하는 단계해당과정의 전체 반응식은 다음과 같다.( 포도당 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 피루브산 + 2 NADH + 2 H+ + 2 ATP + 2 H2O )에너지 투자기 (Preparatory phase) : ATP 를 소비하는 단계(에너지 투자기의 작용을 나타낸 그림 = 준비단계)처음 다섯 단계는 1 분자의 포도당을 2 분자의 삼탄당 인산인 글리세르알데하이드 3-인산(G3P) 으로 전환시키는데 에너지를 소비하기 때문에 에너지 투자기 혹은 준비기로 간주된다.단계 1: 포도당의 인산화해당과정의 첫 번째 단계는 Hexokinase(육탄당 인산화효소)로 불리는 효소군에 의해 포도당이 인산화 되어 포도당 6-인산(G6P)을 생성하는 것이다. 이 반응은 ATP를 소모하지만, 포도당의 농도를 낮게 유지하여 세포막 운반체를 통해 세포 내로 포도당이 계속 해서 유입될 수 있도록 한다. 또한 포도당이 세포 밖으로 새어나가는 것을 막는다. 세포는 포도당 60인산을 위한 운반체가 없으며, 포도당 6-인산의 전하로 인해 세포 밖으로의 자유로운 확신이 방지된다. 포도당은 선택적으로 세포 내 녹말 또는 글리코젠의 가인산분해 또는 가수분해로부터 형성될 수 있다. 동물에서 글루코키네이스 라고 불리는 헥소키네이스의 동질효소(isozyme)는 간에서 사용되며, 포도당에 대한 친화도가 훨씬 낮으며 조절 메커니즘도 전혀 다르다. 글루코키네이스의 다른 기질 친화성 및 다른 조절 메커니즘은 혈당량을 유지하는 간의 역할을 반영한다.단계 2: Glucose 6-phosphate에서 Fructose 6-phosphate 으로의 변환Phosphohexose isomerase(인산육탄당 이소머라제)는 포도당 6-인산(G6P)을 과당 6-인산(F6P)으로 재배열. 따라서 세포가 ATP를 충분히 가지고 있을 때(그리고 ADP를 적게 가질 때), 이 반응은 일어나지 않는다. ATP는 대사되지 않을 때 상대적으로 빨리 감소하기 때문에, 이 단계는 해당과정에서 중요한 조절 지점이다. 실제로 ADP는 ADPMg−로, ATP는 ATPMg2−로 존재한다.보조 인자: Mg2+단계 8 : 3-phosphoglycerate 에서 2-phosphoglycerate 으로의 이성질화Phosphoglycerate mutase (인산글리세르산 뮤타제)는 3-포스포 글리세르산을 2-포스포 글리세르산으로 이성질화 시킨다. 분자내의 자리옮김 반응으로, 우선 Enz-his-P 가 3-phosphoglycerate의 C-2에 인산기를 전달하면서 2,3-BPG 형성하고 이것의 C-3 phosphate는 또다른 Enz-his에 인산기를 전달하면서 최종적으로 2-phosphoglycerate를 형성한다. 이 효소는 평균 100번의 효소반응마다 2,3-BPG가 효소로부터 이탈되기 때문에 소량의 2,3-BPG를 필요로 한다. 2,3-BPG는 1,3-BPG로부터 bisphosphoglycerate mutase에 의해 합성된다. 한편 맥아효소의 경우는 3-PG에 있는 인산기를 떼어내어 C-2 위치에 전달한다.(3-phosphoglycerate 에서 2-phosphoglycerate 는 외부에서 들어올수 있음)단계 9 : 2-phosphoglycerate 에서 Phosphoenolpyruvate 으로의 탈수반응Enolase(에놀라제) 는 2-포스포글리세르산을 포스포엔올피루브산으로 변환시킨다. 이 반응은 E1cB메커니즘을 포함하는 제거 반응이다.보조 인자: 2 Mg2+: 하나는 기질의 카복실기와 배위결합을 하는 "입체구조" 이온이고, 다른 하나는 탈수 반응에 참여하는 "촉매" 이온이다.(Phosphoenolpyruvate 는 외부에서 들어올 수 있음.)단계 10 : Phosphoenolpyruvate 으로부터 ADP로의 인산기 전이마지막 단계의 반응은 기질수준 인산화라서 FAHD2 는 전자전달계에서 중간 생성물로 작용하고, 석신산:유비퀴논 산화환원효소 복합체에 의해 촉매되는 반응의 최종 전자수용 체인 유비퀴논(조효소Q) 로의 전자전달을 촉진한다.-시트르산 회로의 전체 단계-단계 (순환)기질생성물효소반응종류설명0(10)Oxaloacetic acid +Acetyl-CoA + H2OCitric acid+CoACitrate synthase알돌 축합비가역적 반응4탄소의 옥살아세트산과 2탄소의 아세틸기가 축합해서 6탄소의 시트르산이 생성됨1Citric acidAconitic acid + H2OAconitase탈수가역적인 이성질화 반응2Aconitic acid + H2OIsocitric acidAconitase탈수가역적인 이성질화 반응3Isocitric acid + NAD+Oxalosuccinic acid + NADH + H+Isocitrate dehydrogenase산화NADH 를 생성함4Oxalosuccinic acidα-ketoglutaric acid + CO2Isocitrate dehydrogenase탈카복실화속도 제한 단계, 비가역적 반응5탄소의 -ketoglutaric acid 생성5α-ketoglutaric acid + NAD+ +CoASuccinyl-CoA + NADH + H+ + CO2α-ketoglutarate dehydrogenase complex산화적탈 카복실화비가역적 반응NADH를 생성함4탄소 화합물을 생성(CoA 를 제외)6Succinyl-CoA + GDP + PiSuccinic acid + CoA + GTPSuccinyl coenzyme A synthetase기질수준 인산화GDP -> GTP 또는 ADP -> ATP1분자의 GTP(또는 ATP)를 생성함GDP + Pi 의 축합반응과 석시닐-CoA의 가수분해는 반응식의 균형에 필요한 H2O를 포함한다.7Succinic acid + Ubiquinone (Q)Fumaric acid + ubiquinol(QH2)Succinate dehydrogenase산화석신산 탈H해당(기질수준인산화)4ATP2ATP2NADHTCA 회로(기질수준인산화)2ATP8NADH2FADH산화적 인산화3NADP*10 + 2FADP*2 = 34 ATPPhotosynthesis – photophosphorylation광합성의 에너지는 궁극적으로는 흡수된 빛 에너지에서 오는 것이지만, 실제로는 환원제(화학 에너지) 의 환원력을 이용한다. 빛 에너지는 광 의존적 반응(명반응)을 통해 ATP, NADPH 같은 화학 에너지 형태로 전환되어 탄소고정 (Carbon Fixation) 에 쓰인다.대부분의 식물이 광 비의존적 반응(암반응)을 통해 이산화탄소를 탄수화물과 다른 유기물로 고정하여 고정한 화합물의 화학 에너지를 사용한다.식물의 전체 광합성 반응식은 다음과 같다.nCO2 + 2nH2O + light E (CH2O)n + nO2 + nH2O포도당을 포함한 Hexose sugar 와 starch 가 만들어지며 포도당이 주로 생성되기 때문에 광합성을 나타내는 반응식은 흔히 다음과 같이 나타낸다.6CO2 + 12H2O + light E C6H12O6 + 6O2 + 6H2)명반응명반응 (Light reaction) 또는 광의존적 반응 (Light-dependent reaction) 이란, 식물의 광합성의 한 과정으로, 엽록소에서 태양의 빛 에너지를 흡수하여 NADPH, ATP 등의 화학 에너지를 생성하는 과정을 말한다. 명반응은 크게 물의 광분해와 광 인산화 과정으로 나눌 수 있으며, 명반응의 전체 반응식은 다음과 같다.12H2O + 12NADP+ + 18ADP + 18Pi + Light E 12NADPH + 18ATP물의 광분해물의 광분해 과정은 광합성의 준비과정으로 물(H2O) 이 빛 에너지를 받아 수소이온과 수산화 이온으로 분해되는 과정이다. 물이 분해되면 수산화 이온은 전자를 잃어버려 OH가 되는데 2분자의 OH- 가 결합해 산소를 배출한다. 한편 물이 분해되어 나온 수소이온은 수소의 수용체라 할 수 있는 NADP+ 에 전달되며 NADPH 가 된다. NADPH5

자연과학| 2020.12.19| 21페이지| 1,500원| 조회(634)

생화학, 해당작용, 전자전달계, ATP, TCA회로, 광인산화, ATP합성경로

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코로나 바이러스에 대한 조사 평가B괜찮아요

REPORT코로나 바이러스 COVID-19Index1. Introduction2. Corona Virus History & Origin3. Corona Virus Name & Structure4. Corona Virus Routes of Transmission & Life Cycle5. Corona Virus vaccine and treatment6. Corona Virus Symptom & precautionary rules7. Discussion1. Introduction작년까지 코로나 바이러스가 없을 때 우리가 살아온 모습과현재 코로나 바이러스가 생긴 뒤, 모습을 비교해 봤을 때 우리는 많은 다른 점들을 찾아볼 수가 있다.대표적으로 식당이나, 영화관, 어느 모든 곳에서 줄을 설 때 거리를 두며 띄어서 줄을 서야 한다는 것,거리에서 봤을 때, 예전과는 다르게 거의 모든 사람이 마스크를 착용하고 있으며, 오히려 마스크를 쓰지 않고 거리를 활보하면 이상하거나 좋지 않게 보일 정도로 많은 사람이 마스크를 착용하고 있는 것,또한, 작년에는 전혀 상상하지도 못했으나, 코로나 바이러스 사태 이후 식당이나, 학교의 강의실 등 투명한 플라스틱판 앞에 앉아서 밥을 먹거나 수업을 듣는 것,재택근무 같은 경우에는 일부 직종에 한정되어 있었으나, 현재로서는 전반적으로 많이 퍼져있는 것,원격회의 같은 경우에도 처음에는 사용법을 몰라 헤매던 사람들이 많았으나, 이제는 자연스러운 한 문화처럼 자리를 잡게 되어 누구든 주소만 알게 되면 잘 접속하고, 전 국민이 화상회의, 원격강의에 익숙해진 것.이렇듯 현재 우리가 살아가며 느끼기에도 코로나 바이러스의 사태 전과 후의 변화된 모습을 확실히 느낄 수 있다.워낙에 이렇게 코로나 바이러스가 미치는 영향력이 크다 보니, 전 세계 과학자들이 유례가 없을 정도로 큰 노력을 기울이며 연구를 하고 있다.그렇다면, 도대체 코로나 바이러스가 무엇이길래 세계는 지금 이렇게까지 심각한 것인지 그에 대하여자세히 알아보기 위하여 코로나 바이러스에 대하여 자세히 야 제대로 발견이 되기 시작했는데,영국 보건성에서 1945년에 감기 걸린 사람들을 모아 감염경로와 원인균, 원인 바이러스 등을 조사하는 감기 연구소를 설립했는데, 기존에 알려진 바이러스를 제외한 것들에 관한 연구 중, B814 ,229E, OC43, 이라는 감기 바이러스를 발견했으며, 그 후에 전자현미경이 발명되고 전자현미경으로 관찰한 결과, 왕관 모양의 바이러스 형태를 확인하여이 바이러스들을 코로나 바이러스라고 명명하게 된다. (IBV 와 MHV 모양도 왕관 모양으로 확인하여 같이 명명)이 코로나 바이러스가 본격적으로 사람들의 목숨을 위협하기 시작한 것은 2000년대에 들어와서부터인데,2000년대 초반에 SARS-Cov 가 대유행을 하면서 코로나 바이러스가 사람의 목숨도 위협할 수 있는 사실이 밝혀지게 되었으며 그 후에 2004년 HCoV NL63, 2005년 HCoV HKU1, 2012년, MERS-CoV 가 차례로 밝혀졌으며,2019년도에 들어와 작년 12월부터 SARS Corona Virus 2 가 유행하며사람의 목숨을 위협하는 바이러스이자 경제적으로도 엄청나게 큰 타격을 미치는 바이러스가 되었다.이렇듯, 사람에게 감염될 수 있는 코로나 바이러스는 이렇게 7가지이다. (B814 는 분실되었음.)코로나 바이러스는 크게 알파 베타 감마 델타 이렇게 4가지로 나누어지며,알파와 베타 코로나 바이러스만 사람에게 감염이 된다.많은 인간의 코로나 바이러스는 보이는 바와 같이 박쥐에서 기원하여 중간숙주를 통해 인간에게 출현하였다.이 중 4가지의 인간 코로나 바이러스 HCoV-OC43, HCoV-HKU1, HCoV-229E, HCoV-NL63 은 일반적으로 경미한 증상을 유발하며, 3가지의 인간 코로나 바이러스 MERS-CoV, SARS-CoV, SARS-CoV-2 는 심각할 수 있는 증상을 유발한다.결국, 박쥐에서 발견된 바이러스가 사람에게 맞도록 진화하여 중간숙주를 통하여 사람이 사람에게 전파한 것이지,박쥐 그 자체가 사람에게 바이러스를 전파하였다고 보기에는 어려운스의 구조는 명명된 이름과 같이 구조를 봤을 때, 왕관 모양으로 겉의 구조가 이루어진다.코로나 바이러스는 대략 구형의 입자로써, 표면에 스파이크의 돌기를 가지고 있다.바이러스 입자의 평균 지름은 약 125nm이며, 외피의 지름은 85nm, 스파이크의 길이는 20nm이다.외피는 지질 이중층으로 되어 있으며, 이 이중층 막에는 막(M), 외피(E), 스파이크(S) 구조단백질이 고정되어 있다.M 단백질과 E 단백질은 이 코로나 바이러스의 구조를 형성하며 안정화하는 역할도 해준다.S 단백질은 후에 언급하겠으나, 사람 상피세포인 ACE2 단백질에 붙어 인식하여 사람 세포 내의 침투를 도와준다.외피 안에는 뉴클레오캡시드(N) 이 있는데, 이는 다양한 뉴클레오캡시드 단백질 사본으로부터 형성되며, 이 단백질은 연속적인 실에 구슬을 꿴 형태로 양성 외가닥 RNA 유전체에 결합되어 있다.RNA 자체로 그냥 둥둥 떠다니는 것은 바이러스에게 있어 매우 위험하고 치명적이기 때문에,지질 이중층 외피, 막 단백질 및 뉴클레오 캡시드는 바이러스가 숙주세포 밖에 있을 때 RNA를 보호한다.4. Corona Virus Routes of Transmission & Life Cycle코로나 바이러스에 걸리는 이유에는 여러 가지가 있겠으나, 가장 명확하게 밝혀진 감염경로로는,감염자의 비말 (침방울)이 호흡기나 눈, 코, 입 등의 점막으로 침투될 때 전염된다. 비말 감염은 감염자가 기침이나 재채기를 할 때 침 등의 작은 비말들에 바이러스, 세균이 섞여 나와 타인에게 감염되는 것으로, 통상 이동 거리는 2M 정도인 것으로 알려져 있다. 따라서 사회적 거리 두기 2M를 실천하는 이유도 여기서 나옴을 알 수 있다.코로나 바이러스가 일단 우리 몸에 침투하게 되면, 바이러스의 특징 중 하나인, 바이러스 표면의 분자로 인해 숙주세포 부착에 매우 특이성을 가지는데, 코로나 바이러스에서의 표면분자는 코로나 바이러스의 스파이크 단백질이며, 이 단백질이 사람의 상피세포에 붙어 있는 ACE2 단백질을 인식하여 이곳으로을 만드는데, 이 16개를 활용하여 (gRNA)를 복사하여 반대쪽 복사본을 형성한다. 상보적인 RNA 가 형성되기 때문에, A 와 짝이 맞는 U 가 나오게 되어, 음의 가닥 RNA를 형성한다.이렇게 전사를 하게 되면 반대 방향으로 뒤집히기 때문에, 다시 한 번 더 반대 방향을 만들어 양의 가닥 RNA를 형성한다.이 안에 ORF(Open Reading Frame) 라고 불리는 RNA 속에서 단백질을 만들 수 있는 부분이 단백질로 번역되며 S(spike)나 E(envelope)나, M(membrane)이나 N(nucleocapsid)과 같은 여러 단백질을 만들며, 가운데에 있는 유전체 RNA를 만들기 위해 Replication을 통하여 (-)gRNA를 만든후, (+)gRNA를 만들어 Nucleocapsid 단백질에 잘 감싼뒤,골지체에서 막 단백질이 Nucleocapsid 에 결합하여 세포 밖으로 나갈 준비를 마친다.그 후 세포 밖으로 나가게 되어 다른 세포를 공격하게 된다. 이 방법으로 엄청나게 빠른 속도로 다른 세포들을 감염시키게 된다.5. Corona Virus vaccine and treatment코로나 19의 종식은 사실 ‘백신’ 이 나와야 가능할 것이다. 물론 모든 사람, 건강한 사람이 맞아도 되는 안전한 백신이 나올 때, 코로나 19로 인한 팬데믹은 종식이 가능할 것으로 생각하고 있다.면역 방법에는 두 가지가 있다. 첫째로는 집단 감염되어 집단 면역을 형성하는 것이며,두 번째로는 백신 개발을 하는 것.첫 번째로완전하고 정확한 백신이 나오기 전, 스웨덴이 집단 면역을 실행했으나, 중간평가라고 볼 것도 없이 북유럽 사망률 최고치를 기록하였다. 또한, 뉴욕 등, 현재 감염 인원이 확실하게 많은 나라들이 집단 면역 방법에 실패한 원인에는 무엇이 있을까?집단 면역의 목표는 필요 항체 인구비율이 60%에 도달해야 한다. 하지만 한때 코로나로 사태가 심각했던 뉴욕에서는 항체 인구의 비율은 고작 20%밖에 발견이 되지 않았다. 런던은 17.5% 등으로, 확진자 발생 시간이 소요된다. 평균 10년 정도가 걸릴 수도 있는 백신 개발에 대하여, 현재 사태의 심각성을 고려하여 예외적으로 패스트 트랙으로 신속 허가 중이다. 즉, 원래는 미세한 부작용이나 오류가 있다면 즉시 멈춤이나, 현재로서는 예외적 상황으로 강행하는 것이다.따라서 즉, 코로나 19에 대한 백신은 이미 만들어졌으나, 상용화가 되지 않은 것이다. 그 이유는 앞서 말했듯이, 안전성문제 때문이 크다.한때 미국에서 사용하였던 렘데시비르라는 물질이 있는데, 렘데시비르는 복제 효소에 사용되는 물질을 억제하여 초기에 효과가 있다. 즉 초기에 효과가 있으나, 렘데시비르 치료제는 RNA 복제를 방해하는 원리이므로, 인체 세포의 자연스러운 복제에도 부작용이 미칠 가능성이 있다.사실 현재로서 가장 좋은 치료제는 혈장 치료제이다.혈장 치료제란, 완치된 환자의 혈액에서 항체가 들어있는 혈장을 분리하여 환자에게 수혈하듯 투입하는 치료법으로,체내 항체의 증식 속도가 바이러스가 증식하는 속도보다 빠를 경우 치료가 이뤄진다.즉 완치자의 혈액에는 코로나의 항체가 생성되어 있으므로, 현재로서는 제일 확실한 치료방법이다.그러나 완벽하지만은 않다. 완치자의 혈장 내에 존재하는 항체의 양이 다르고, 혈장에는 여러 단백질이 녹아 있으므로 부작용을 유발할 수도 있으며(면역거부반응). 혈액을 투입하는 것이기 때문에 이로 인한 감염 위험도 높다. 또한 완치자 혈액확보의 어려움으로, 경제적으로 비싼 치료법이기 때문에 완벽하지는 않은 것이 사실이다.결국에는, 백신에 대한 안전성 검증이 끝나고 건강한 사람에게 투약하여도 문제가 없는 백신이 개발될 것이다.문제는 시간이다. 안전성 검증이 끝난 완벽한 백신이 나올 때에야, 코로나 19로 인한 팬데믹사태는 종식될 것이다.백신 개발을 절대 올림픽 게임처럼 생각해서는 안 될 것이다. 백신 경쟁은, 경계해야 할 국가주의라고 생각한다.6. Corona Virus Symptom & precautionary rules만약 우리가 코로나 19에 감염되게 된다면, 최대 잠복기 14일의 한다.

자연과학| 2020.12.06| 9페이지| 1,000원| 조회(612)

코로나바이러스, COVID19, Corona Virus, 코로나바이러스조사

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