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RNA와 DNA 종류의 이해

1. RNA와 DNA의 차이점은 무엇인가?(구조적인면과 세포내에서 어떻게 존재하는지 등)차이점DNARNA성분deoxyriboseribosebaseAdenine, Cytosine, Guanine, ThymineAdenine, Cytosine, Guanine, Uracil형태double helixsingle strand종류한 가지mRNA, tRNA, rRNA위치nucleus(mitochondria, chloroplast에도)Cytosol(nucleus에도)DNA와 RNA를 통틀어 nucleic acid라고 한다. DNA는 유전에 관여하는 물질로 자연에 존재하는 2종류의 nucleic acid 중에서 deoxyribose를 가지고 있는 nucleic acid로 유전자의 본체를 이루며 Deoxyribonucleic acid 라고도 한다. 이들 nucleic acid는 공통적으로 phosphate pentose base로 구성된다. 그리고 DNA와 RNA는 pentose의 종류와 base의 종류 중 일부에서 차이점을 찾을 수 있다. ribose는 2번 탄소에 -OH기가 붙어 있지만 deoxyribose는 2번 탄소에 -H가 붙어있다. 즉 deoxyribose는 ribose에 비하여 산소 원자 하나가 부족하다. 이러한 이유 때문에 DNA가 RNA보다 반응성이 적고, 안정성이 높다. 또한 DNA는 자연적인 분해나 효소에 의한 분해에 잘 견디며 손상되더라도 반대사슬이 complementary information을 가지고 있기 때문에 회복이 가능하다.2. 세포내에 존재하는 RNA의 종류는?(여러형태의 RNA들의 각각의 역할에 대해 조사해보세요)①mRNARNA는 DNA의 염기배열을 주형(鑄型)으로, Ribonucleoside triphosphate를 substrate로 하여 RNA polymerase의 작용으로 합성된다(유전정보의 전사, transcription). 즉 RNA polymerase는 DNA의 double helix를 국소적으로 풀고, 풀린 DNA strand의 한쪽을 주형으로 삼아 complementary한 RNA분자를 5′말단에서 3′말단방향으로 합성해 간다. 이때 DNA상의 A, T(티민), G, C 등 각 염기는 RNA상에서는 각각 U, A, C, G로 전사된다. DNA상의 염기배열 중, 단백질분자의 아미노산배열을 지령하는 유전자부위에서 전사되는 RNA가 mRNA이다. mRNA는 핵 내에서 합성된 후에 핵에서 빠져 나와 ribosome에 결합하고, 단백질 합성과정에서 아미노산배열을 지령한다. 이렇게 DNA상의 유전정보를 전령하는 기능을 갖기 때문에 ＜전령RNA＞라 한다. 원핵생물의 경우 기능적으로 관련된 몇 개의 단백질유전자군이 DNA상에 인접하여 존재하고, 이들이 1분자의 mRNA로서 전사되는 경우가 많다. 이런 유전자군을 operon이라 하며, 오페론을 구성하는 각 유전자를 cistron이라 한다. 따라서 원핵생물의 mRNA분자의 종류는 유전자의 수보다는 적다고 생각된다. 진핵생물의 경우는 보통 각 유전자가 별개의 mRNA로서 전사되므로 유전자 수와 같은 정도의 mRNA분자 종류가 존재한다고 생각된다. 진핵생물의 mRNA는 다음의 3가지 점에서도 원핵생물의 mRNA와 다르다.① RNA가 DNA로부터 전사될 때, 원핵생물이든 진핵생물이든 전사가 개시되는 5′말단의 염기는 보통 A 또는 G이며, 유전자마다 어느 한쪽으로 정해져 있다.② 많은 진핵생물의 mRNA분자에 대해서 3′말단 쪽에는 50∼200개 정도의 아데닌 염기가 연속하여 존재하는데(poly A구조), 이것은 전사 후에 poly A polymerase가 추가되는 구조이며 유전자 DNA상에는 poly A구조와 상보적인 염기배열은 존재하지 않는다.③ 또한 진핵생물의 mRNA가 원핵생물의 mRNA와 다른 점은 그 대부분이 RNA중합효소에 의해 단백질 합성에 필요한 정보가 되는 exon과 불필요한 intron 부분까지 함께 전사된 후, 스플라이싱(splicing；초기 전사산물에서 인트론 부분을 잘라내고 엑손 부분만을 갖은 mRNA를 만드는 메커니즘)을 거쳐 완성된다는 점이다. 완성된 mRNA는 핵을 빠져 나와 세포질 내에서 ribosome과 결합하여 tRNA의 관여 아래 3염기씩을 단위(코돈, codon)로 차례로 번역되어 아미노산 배열을 만들어 간다(유전정보의 번역, translation). mRNA는 rRNA나 tRNA와 달리 대사적으로 불안정하여, 세균의 mRNA는 보통 몇 분 정도의 수명을 가진다. 진핵생물의 mRNA에서는 하루 이상 존재하는 것도 있지만, tRNA나 rRNA에 비하면 불안정하다. 세포 내에서는 각 단백질이 필요한 특정 시기에 적량 생산된다. 이렇게 유전자 발현의 정밀한 제어과정에서 중심적인 역할을 하고 있는 것은 mRNA합성 제어의 메커니즘으로 볼 수 있다.②rRNAribosome 입자에 포함된 RNA로 세포 내에 가장 다량으로 존재하는 RNA성분이다(약 80％). ribosome은 지름 15∼20㎚의 입자모양으로, 단백질을 합성하는 세포내 공장으로 비유할 수 있다. 고등 동·식물에서 세균까지 모든 세포에 존재하며 엽록체나 미토콘드리아에도 각각 고유한 ribosome이 존재한다. ribosome은 크고 작은 2개의 서브유닛(subunit)으로 구성되어 있으며, 조건에 따라 해리되기도 한다. 대부분이 세포질에 존재하며 유리되거나 세포내막계에 부착되어 존재한다. 원핵생물의 ribosome은 원심분리에서의 침강계수가 70S(S는 스베드베리단위 1S=1×10초)이며 30S와 50S의 서브유닛입자로 이루어진다. 30S서브유닛은 16S rRNA(약 1500뉴클레오티드 길이)와 약 20종류의 ribosome단백질의 복합체이며, mRNA분자는 30S서브유닛 쪽에 결합한다. 50S서브유닛에는 23S rRNA(약 3000뉴클레오티드 길이) 및 5S RNA(120뉴클레오티드 길이)가 존재하며, 약 30종류의 단백질과 복합체를 형성하고 있다. 아미노산이 중합해 가는 반응은 50S서브유닛 쪽에서 일어난다. 진핵생물의 ribosome은 침강계수가 80S로 원핵생물의 ribosome보다 대형이며, 구성 단백질의 종류가 약간 많고 rRNA도 약간 길다. 40S서브유닛에는 18S rRNA가 포함되며, 60S서브유닛에는 28S rRNA와 5.8S rRNA(경우에 따라서는 7S rRNA) 및 5S RNA 등 3종류의 RNA가 포함된다. 엽록체나 미토콘드리아에 존재하는 ribosome은 세포질의 ribosome보다 소형으로 오히려 원핵생물의 ribosome에 가깝다. rRNA분자의 기능 중 하나는 ribosome이라는 복잡하고 큰 공장의 골격을 형성한다는 점에 있다. 원핵생물의 16S rRNA의 3′말단 부근의 염기배열은 단백질합성반응의 개시과정에 관여한다고 알려져 있다. rRNA의 기능으로는 그 밖에도 많은 가능성이 짐작되나 아직 밝혀지지 않고 있다.③tRNAsRNA(soluble RNA)라고도 한다. 3′말단에 아미노산 1분자와 결합하여 아미노산을 ribosome으로 운반, mRNA의 염기배열이 지령하는 아미노산을 신장(伸長)중인 펩티드사슬에 전달하는 작용을 한다. 종류가 다른 아미노산은 각각 다른 tRNA분자종과 결합하는데, 1종류의 아미노산에 대해 1개에서 몇 개 정도의 tRNA분자종이 대응되므로 세포질에는 45∼60종류 정도의 tRNA가 존재한다. 엽록체나 미토콘드리아에도 그들의 고유한 tRNA분자종이 25∼30종류 정도 존재하고 있다. 다른 RNA류에 비해 소형인 RNA분자로서(보통 약 70∼90뉴클레오티드 길이) 미량 염기를 비교적 많이 포함한다. tRNA의 1차 염기배열은 대응되는 아미노산종이나 생물의 종류에 따라 다른데, 3′말단의 염기배열이 CCA인 점 등의 공통점도 있다. 그 2차 구조는 일반적으로 클로버잎 모양으로 그릴 수 있으나, 실제는 보다 3차원적으로 접혀져서 L자형을 취하고 있다. 아미노산은 아미노아실화효소(정식으로는 아미노아실 tRNA리가아제)의 작용으로 tRNA 3′말단 아데노신의 리보오스부분과 에스테르결합을 형성하여 ribosome으로 운반된다. tRNA분자의 거의 중앙 부분에는 안티코돈이라고 하는 3염기(triplet code)로 이루어지는 부위가 있는데 이 염기배열이 mRNA상의 코돈을 해독한다. 코돈의 3염기와 안티코돈의 3염기가 펌슨-크릭형의 상보적인 결합을 하여 해독의 주역이 된다. 정확히 코돈의 3번째 염기에서는 안티코돈의 염기와 다소 느슨한 대응관계(wobble pairing；예를 들면 G와 U의 대응)를 갖기도 한다. ribosome에서는 mRNA 코돈의 배열을 따라 tRNA가 운반하여 온 아미노산이 차례로 결합되어 폴리펩티드사슬을 합성한다.

자연과학| 2008.12.07| 3페이지| 1,000원| 조회(2,293)

RNA, DNA, tRNA, mRNA, cDNA, rRNA

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멸균법과 배지, 현미경 사용법

1. 멸균법멸균 (sterilization)이라 함은 대상으로 하는 물체의 표면 또는 그 내부에 분포하는 모든 세균을 완전히 죽이는 것, 즉 무균(無菌)의 상태로 만드는 조작을 말한다. 이것에 비해 소독(disinfection)이라 함은 대상으로 하는 물체의 표면 또는 그 내부에 있는 병원미생물을 죽이거나, 또는 반드시 죽이지는 못하더라도 활동하지 못하도록 감염력을 억제하여 안전한 상태로 하는 조작을 말한다. 따라서 멸균은 소독의 가장 완전한 형태라고 할 수 있다. 소독이 결핵균이나 비 활동성 간염바이러스 및 장 바이러스는 파괴하나 박테리아 성 아포를 파괴하지 못하는 대신에 멸균은 모든 종류의 미생물을 완전히 파괴하는 점이 다르다. 따라서 이들 의 관계를 보면 멸균제는 소독제로 되지만 소독제라고 해서 반드시 멸균제가 될 수 없음을 알 수 있다. 또한 음료수를 염소소독하면 소화기계 전염병의 병원균은 죽일 수 있지만 비병원성의 잡균 은 죽이지 못하고, 주사기를 5분간 끓이는 정도 에서 화농성 균은 죽일 수 있지만 완전 멸균의 목적으로는 불완전하다. 그리고 미생물은 그 종류 에 따라 살균작용에 대한 저항력이 다르며, 특히 포자형성균의 경우에는 보통의 살균조건에서는 휴면상태로 있다가 조건이 좋아지면 다시 증식을 하게 된다. 또한 같은 종류의 세균이라 해도 식품, 혈액, 가래, 분변 등의 단백질과 공존할 경우 에는 생리식염수에 현탁되어 있을 때보다 훨씬 저항력이 강해진다. 따라서 멸균을 목적으로 하는 경우에는 그 대상이나 목적에 따라 적절한 멸균방법을 선택하여 이용해야 한다. 그러나 미생물이 제품 내에 존재하지 않는 것을 의미하는 멸균은 절대적인 의미에서 완벽하게 보장할 수 없다. 따라서 멸균의 정도는 멸균제품 중 에 생존이 추정되는 오염균의 최대 생존확률인 미생물의 존재 가능성으로 나타내며, 이것은 무균성 보증수준(Sterility Assurance Level : SAL)으로 10-n 으로 표현된다. 일반적으로 수술용 가운이나 마스크 등과 같은 체내에 삽입되지 않는 멸균에 적용되는 예는 비교적 적다. 이 방법에 영향을 미치는 요인으로는 온도, 수증기압 및 시간이 있으며, 멸균에 걸리는 시간은 기재, 포장의 크기, 용기나 포장재의 종류에 따라 다르다. 특히 멸균에 사용하는 물은 반드시 탈 이온수나 증류수를 사용하여야 하는데 수돗물을 계속해서 사용하면 염소 에 의해 부식이 일어나고 무기물이 침착될 우려가 있다.2) 건열법건열법은 건조공기 중에서 가열건조기체로 미생물을 죽이는 방법으로 고압증기멸균법과 같이 유리제품, 금속제품, 세라믹제품 등 건조, 고온 에 견딜 수 있는 의료용구에 한한다. 가스 또는 전기를 써서 직접 가열하든가 가열한 공기를 순환시켜 건조고온상태로 유지하는 방법 등이 있다. 그러나 멸균에 소요되는 시간이 길고, 멸균온도가 높기 때문에 사용대상의 제한과 금 속 기구가 변질될 수 있는 등의 단점을 가지고 있다. 그래서 멸균이 이루어질 수 있는 가장 낮은 온도에서 멸균을 하기도 하나 그에 따른 멸균 시간이 더욱 필요하게 된다. 이 방법은 고압증기 멸균법과는 달리 별도의 건조과정은 필요치 않으나 기구를 식히는 시간이 필요하다.3) ETHYLENE OXIDE GAS 멸균법Ethylene oxide(EO)는 약 60년 전부터 소독제로 사용되어 오다가 세포포자를 살균할 수 있는 것 이 알려져, 열과 습기에 약한 합성수지나 고무제품 등의 의료용구를 낮은 온도와 습도에서 멸균하는데 이용하게 되었다. 즉 일정한 습도 (40∼ 100% RH) 및 온도(40∼ 60℃ )의 ethylene oxide(끓는 점, 50.8℃)의 가스 중에서 수 시간 이상 폭로시켜 멸균시키는 방법으로서 대부분의 고분자 재료를 이용한 의료용구에 널리 적용되고 있다. EO의 특이한 반응성은 미생물 세포를 구성하는 단백질의 말단기(-OH, -SH, - COOH, -CHO, -NH2)에 hydroxyl기 (- CH2CH2OH) 형태로 반응하여 미생물을 살균시키고 이들은 금속염화물 또는 염산과 반응하여 ethylene chlorohydrin(ECH)를 생성하고,균작용은 19세기 말에 발견이 되어 금세기에 들어서 산업적인 면으로의 이용이 검토되었다. 의료용구의 멸균에 대하여 상업적 인 규모의 검토는 1953년경에 2MeV의 Van de Graaff형 전자선가속기를 사용하다가 1956년에 실용화가 시작되었으며 이후 감염방지의 중요성 과 석유화학의 발전에 의한 고분자재료를 이용한 일회용품의 보급으로 냉멸균법으로서 방사선 멸균법은 의료용구의 멸균방법으로 널리 사용되고 있다. 방사선 멸균법은 멸균시키는 조건인자 가 방사선량으로서 통상 15∼25 kGy정도의 방사선량을 적용시킨다. 이러한 방사선 조사 시 미생물 세포 내에는 전리와 여기작용에 의해 미생물의 생체분자의 절단과 라디칼의 생성·소멸반응이 일어나 미생물이 죽는 것이다. 이 방법은 상온, 상압, 공기의 존재 하에서 멸균 처리 조작이 이루어지기 때문에 고온, 고압을 필요로 하지 않고, 냉멸균으로 실시하는 장점이 있으며, 또한 밀봉 포장한 상태로 조사멸균을 실시하며 연속 멸균 공정 처리로 실시할 수 있다. 따라서 다른 멸균 방법에 비하여 영향인자가 조사선량과 시간밖에 영향을 미치지 않아 간편하고 확실한 방법이나 방사선 조사효과가 고분자 재료의 내부에 영향 을 주어 고분자재료의 고분자골격에 분해와 가교가 생기며 따라서 재질의 물리적, 화학적 특성 이 변화될 수 있다. 따라서 의료용구에 사용된 고분자재료의 내방사선성을 고려하여 사용하여야 한다.5) 화학적 멸균화학적 멸균은 화학약품으로 멸균하는 것을 말하며 이에 사용되는 화학약품의 종류는 대단히 많다. 화학적 멸균은 열에 쉽게 손상받는 물체 또는 멸균할 물체의 양이 많거나 큰 물체, 예컨대 플라스틱, 종이, 목재, 병실, 선박, 집 등에 사용한다. 전에는 화학적 멸균에 포름알데히드가 광범위하게 사용되었으나 오늘날에는 산화 에틸렌(CH2)2O)이 많이 쓰여 지고 있다. 산화 에틸렌은 10.8°C에서 액체로 되고 상온에서 기체로 되어 구석구석까지 스며들 수 있으므로 완벽한 멸균을 손쉽게 할 수 있다. 산화 에틸렌은 인화성이 강하므로켜 멸균한다. 이때 입구를 갑자기 강하게 가열하면 유리가 깨어지므로 주의를 요한다.7) 여과멸균열에 의하여 파괴되거나 변질되는 액상 물질을 여과기에 통과시켜 미생물을 분리 제거하는 방법을 여과멸균이라 한다. 이것은 미생물을 죽이는 것이 아니므로 여과법이라고도 한다. 여과기의 종류에는 규조토로 만든 Berkefeld 여과기, 카올린(Kaolin)과 규사를 혼합하여 만든 Chamberland여과기, 석면으로 된 여과판을 사용하는 Seitz 여과기와 최근에 널리 이용되고 있는 아세트산셀룰로오스(cellulose acetate) 또는 질산셀룰로오스(cellulose nitrate)로 된 인공 여과막을 이용하는 여과기가 있다. 멸균에 사용되는 인공 여과막의 구멍의 크기는 지름이 0.22 m인 것이 많이 사용된다. 여과기를 흡인병에 연결하고, 흡인병의 옆 가지에 탈지면으로 채운 칼슘관을 고무관으로 연결한 다음, 이 부분과 여과기를 황산지나 알루미늄 박지로 싸서 고압증기 멸균한다. 멸균된 여과장치에 연결된 고무관을 진공펌프에 연결하여 액상물질을 여과하면 균을 완전히 제거할 수 있다.8) 자외선 멸균자외선은 200-380nm의 파장을 갖는 빛을 말하며 살균력을 나타내는 파장은 254nm부근의 자외선이다. 자외선에 의한 멸균은 조작이 간편하고 용이하나 투과력이 약하므로 실험실이나 무균실 또는 수술실의 공기나 실험대의 표면을 멸균하는 목적에 많이 사용된다.2. 미생물 생육 배지1) 배지(Culture Medium)미생물이나 동식물의 조직을 배양하기 위해 배양체가 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 하여 다시 고화, 그 밖의 목적을 위한 물질을 가한 것, 배양기라고도 한다. 생물은 생존, 발육에 필요한 물을 비롯하여 영양물질로서 다량요소, 미량요소 등을 요구한다. 그 중 개체 상으로 얻어지는 것을 제외하고는 모두 무기 또는 유기화합물로서 배양액에서 공급해 주어야한다. 어떤 화합물이 필요한가는 독립영양, 종속영양등 영양형식에 따라 여러 가지 이다. 보통 영양원을 탄소원, 질소원, 무생물체 내에서 추출한 비교적 복잡한 조성을 가진 것을 주재료로 사용하는 배지이다. (세균의 경우 육즙, 혈청을 쓰고 곰팡이는 맥아엑스를 주로 사용한다.)합성배지 - 천연배지와 다르게 무기염류만 사용하거나 맥아엑스가 아닌 탄소, 질소를 가한 조성이 명확한 배지이다.3) 배지의 제조배지를 만들려면 각 미생물의 생육과 실험목적에 알맞도록 처방된 배지를 선택하고, 지시되어 있는 양을 달아 처방에 기재되어 있는 순서대로 물에 용해한다. 사용되는 약품의 순도는 실험목적에 따라 달라야 한다. 즉, 증식용 배지에 사용되는 약품은 1급 정도의 순도로도 충분하나, 당분해 시험과 같은 생화학적 시험용 배지에는 특급 이상의 약품을 사용하여야 한다. 천연영양원으로 만든 배지에는 찌꺼기가 부유하는 경우가 있다. 이때에는 거름종이, 탈지면, 가제 또는 석면 등으로 여과하여 부유물을 제거하여야 한다. 대부분의 미생물은 pH 6.5-7.4범위의 중성배지에서 잘 자라나 콜레라와 같은 호염기성 미생물(basophiles)은 pH 8.5-9.5의 배지에서 잘 자란다. 또 호산성 미생물(acidophiles)인 Thiobacillus같은 것은 pH 4 에서, 곰팡이나 효모 같은 것은 pH 5인 약산성에서 잘 자란다. 따라서 미생물을 성공적으로 배양하기 위해서는 1N NaOH나 1N HCl로 배지의 pH를 그 미생물의 생육에 알맞도록 조정하여 주어야 한다. 만일 배지의 pH가 멸균시에 배지성분을 변화시킬 염려가 있을 경우에는 멸균 후 원하는 pH로 조정하여야 한다. 배지를 용기에 분주함에 있어서는 배지의 성격상 멸균 전에 분주하여 멸균하는 방법과 멸균한 후 멸균된 용기에 분주하는 방법이 있다. 대체로 사면배지, 고층배지 또는 액체배지는 용기에 분주한 다음 멸균한다. 즉, 사면 또는 고층 배지를 만들 때에는 중시험관에 8-10ml정도의 배지를 분주하고 솜마개로 막아 멸균하여 한천이 굳기 전에 받침목에 눕히거나 시험관대에 세워서 방치하여둔다. 산소성균을 액체배양하기 위해서는 액체배지를 콜벤이나 플라스크다.

자연과학| 2008.12.07| 6페이지| 1,000원| 조회(799)

배지, 멸균법, 미생물학실험, 현미경사용법

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Bifidobacterium fermentation

Bifidobacterium fermentationBifidobacterium 의 특성, 기능 Bifidobacterium fermentation Bifidobacterium 의 응용 사례1899년 France의 Tisser 에 의해 모유 영양아의 분변에서 최초 분리 유산균의 일종 Y형, U형, 주걱모양, 곤봉모양의 만곡 간균편성혐기성균 산소가 없는 환경을 만들려면? ① 질소 or 이산화탄소의 주입 ② 강압 또는 온도를 높임 ③ 산소 제거 촉매 or 환원제 사용 ④ 특정 배양기 이용Gram-positive – 두꺼운 peptidoglycan (면역관련)비운동성 36°∼ 38℃ / pH 6∼7 (중성) 올리고당 이용 Hetero fermentation 유산 : 초산 = 1 : 1.5 생성면역력 강화 세포벽의 peptidoglycan이 숙주의 소화기관에 흡수 - macrophage 활성화, IgA 생산 증가 - 종양 세포 사멸, 침입 세균 사멸 장내 세균의 우위 - 병원균 감염 방지변비와 설사 개선 세균성 설사 - 유산과 초산의 유해세균 사멸 유당 불내성 설사 – 유당분해효소에 의한 해결 변비 – 유산과 초산의 장 운동 활성화당을 무산소적으로 분해하여 유산을 생성하는 발효 여러 가지 유기물질 생성, 에너지를 ATP 형태로 생성The bifidus pathway for glucose fermentation일종의 Hetero 발효 경로 탄산가스를 생성하지 않는 특성 일반 헤테로와 구분하여 별도의 비피더스 발효로 분리 포도당 한 분자로부터 유산과 초산을 1:1.5비율로 생성 호모와 헤테로 발효에 비해 ATP 생성율이 높음Bifidobacterium이 경로에는 특히 phosphoketolase 의 역할이 중요태아가 탄생 이후 균에 오염 - 장내 균총 생성 장내 세균의 양면성 유익한 작용 – 비타민, 아미노산 등 합성, 감염방어 해로운 작용 – 암모니아, 페놀 등 독소 생성 Bifidobacterium은 유익한 작용!나이에 따른 bifidobacterium 의 차이 유아 – 90% 이상의 우세균으로 발육 노인 – bifidobacterium 생육하지 못함 부패성 균이 우세 균으로 변함 나이가 들면서 점점 유익균수 감소 장내에서 쉽게 정착, 증식, 유해 균의 증식을 억제하는 힘이 강한 유산균으로 이용가치 기대가 큼유익균 vs 유해균 Bifidobacterium 은 대표적인 유익균 장내 세균총 밸런스 무너지면 유해균 급증Biochemistry and Physiology of Bifidobacteria 일동제약 홈페이지 (http://www.ildong.com) http://books.google.co.kr/books?id=IUlwPlMkQyAC printsec=frontcover#PPP1,M1 쌀과 과채류를 이용한 면역기능 강화 Bifidus 발효제품 개발 / 농림부 고기능성 비피더스균 등을 이용한 보건용 기능성 김치 개발 / 정대균 / 보건복지부 비피더스균(Bifidobacteria)의 과학성 / 농학박사 백영진 성인병과 장내세균 / 김동현 장내세균과 유산균의 효능 / 김동현, 한명주 유산균의 과학 / 정동효감사합니다!{nameOfApplication=Show}

자연과학| 2008.12.07| 22페이지| 2,000원| 조회(410)

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protein folding에 대해 (단백질 구조)

1. protein의 folding과 그 의미protein은 기본적으로 polypeptide 체인이 접혀지면서(폴딩) 또다른 3차원적 구조로 모양이 바뀌게 된다. 여기서, 폴딩이란 polypeptide 체인이 기능을 발휘하게 되는 native state의 3차원 구조를 가지는 과정을 말한다. 폴딩의 전반적인 과정은 부분적으로 이차구조를 형성한 molten globular structure가 되는 단계와 compaction되어 도메인을 형성하는 단계로 나눌 수 있다. 폴딩은 많은 경우 amino acid 서열만으로 자발적으로 이루어질 수 있지만 어떤 경우에는 disulfide bond를 형성하게 하는 촉매의 도움을 받거나 폴딩을 돕는 샤페론(chaperone)이라는 protein의 도움을 받아야 할 때도 있다. 샤페론이 하는 역할은 부분적으로 폴딩된 protein에 붙어서, 다른 protein 혹은 다른 부분적으로 폴딩된 protein과 엉기지 않도록 유도하거나, 결합하여 직접 폴딩을 도와주거나 한다. amino acid의 서열로부터 protein의 3차원 구조를 예측하는 것은 구조생물학의 난제이다. 수많은 과학자들이 복잡한 방법으로 그것을 예측하는 프로그램을 만들려고 했지만 현재로서 별로 도움이 되지 못하고 있다. protein은 복잡하고 용액속에서 유동적으로 움직이기 때문이다. protein의 구조는 결코 고정된 것이 아니다. 부분적인 이차구조 및 전체 구조에 있어서도 아주 유동적이다. 이런 유동성은 protein의 기능면에서 매우 중요하다. 특히 리간드가 결합하는 과정에서 ConformationalChange를 일으키는 것(Induced Fit)과 리간드에 어떤 촉매작용을 하는데에서 중요하다는 것이 많은 연구를 통해 알려져 있다.-Amino acid들의 전기, 화학적 특성에 대해보편적으로 20가지 a.a의 구조는 ① nonpolar/hydrophobic ② neutral/polar ③ acidic ④ basic 으로 나뉜다. a.a는 모두 다양성자성 약산이다. 이온화될 수 있는 작용기들이 강력하게 해리되지는 않으며, 해리되는 정도가 용액의 pH에 따라 달라진다. 모든 amino acid은 해리될 수 있는 수소가 적어도 두 개 씩은 있다. 몇몇의 amino acid은 곁사슬에도 이온화될 수 있는 작용기가 있다. aspartic acid와 glutamic acid는 carboxyl group을 한 개 더 갖고 있으며, lysine에는 지방족 amino group이 하나 더 있다. arginine은 guanidinium group을 하나 더 갖고 있다. a.a내부의 α-carboxyl과 α-amino의 화학반응성은 대부분 유사하지만 곁사슬은 작용기의 특성에 따라 특이적인 화학반응성을 나타낸다. a.a는 glycine을 제외하고는 비대칭, 혹은 kiral성을 가진다.- Amino acid의 산·염기 특성양성전해질(ampholyte)양성전해질(ampholyte)이란 수용액 중에서 산성과 염기성 양쪽의 성질을 나타내는 물질을 말하며 모든 amino acid은 양성전해질이다. α-amino acid은 수용액에서 치환기 R-이 이온형으로 존재하는 것도 있지만 일반적으로 amino acid의 α-탄소에 결합하고 있는 아미노기와 카르복시기의 성질에 따라 양성전해질이라 할 수 있다. α-amino acid은 수용액에서 양전기와 음전기를 가진 양성이온형을 하고 있으며 외부에서 산을 가하면 염기(양성자 수용체)로 작용하고 염기를 가하면 산(양성자 공여체)으로 작용한다.적정곡선(titration curve)0.1M 염산으로 pH 1.3 정도로 조절한 amino acid 수용액에 0.1M NaOH를 가하면서 pH를 측정하여 나타내면 그림 3.3과 같은 amino acid의 적정곡선이 얻어지는데 적정곡선의 변곡점으로부터 amino acid의 해리상수(pKa)와 등전점(isoelectric point; pI)을 알 수 있다. amino acid의 pKa는 Henderson-Hasselbalch식에서 수용액내의 짝산과 짝염기의 농도가 같을 때의 pH이므로 적정곡선 상에서는 염기를 가하여도 pH가 그다지 변화하지 않는 변곡점의 pH가 amino acid의 pKa이다. 중성amino acid, 산성amino acid, 방향족amino acid, 헤테로고리 amino acid, 이미노산의 등전점은 pI = 1/2(pKa1 + pKa2)이고, 염기성amino acid은 pI = 1/2(pKa2 + pKa3)이다.- Amino acid의 입체화학protein을 구성하는 α-amino acid의 α 위치 탄소는 비대칭탄소이다. L-alanine을 Fisher의 투영식으로 나타내면 그림 3.4 ⒜와 같은 입체구조가 된다. L-alanine의 광학적 대장체(enantiomer)인 ⒝는 D-alanine이다. 이 예에서 알 수 있는 것처럼 α-amino acid의 입체구조를 나타내는 D-, L-의 기호는 α 위치의 아미노기가 Fisher의 투영식에서 왼쪽에 있을 때는 L-, 오른쪽에 있을 때는 D-가 된다.- protein의 1,2,3,4차 구조에 대해protein은 20개의 amino acid으로 이루어진 중합체로 하나의 amino acid은 단일 탄소 원자에 carboxyl group, amino group, 그리고 R group이 연결된 구조를 지닌다.* protein 분자의 1차적 구조polypeptide를 이루는 amino acid의 수, 종류, 연결 순서에 따라 결정되는 protein은 대락 30~10,000개 이상의 amino acid을 가지며 대부분 50~2000개의 amino acid으로 구성되어 있다. R1이란 잔기를 가진 amino acid의 카르복실기와 R2 잔기를 가진 amino acid의 아미노기가 결합하여 물 한 분자를 배출하면서 두 개의 amino acid이 결합된 디펩티드를 형성하였다. amino acid들이 연속적으로 펩티드 결합을 이룬 상태를 polypeptide라 하고, 이러한 펩티드 결합의 수가 15개 이상의 경우 protein이라 칭한다. 생성 가능한 polypeptide 사슬 중 일부만이 한 개의 안정된 3차원 구조를 가질 수 있다. (n개의 amino acid을 가지는 생성 가능한 polypeptide 사슬의 경우는 수는 20n) 이는 자연도태를 통해 현 protein의 amino acid 서열은 매우 안정한 특정 형태와 기능수행에 적합한 화학적 성질을 가지도록 진화되었다.* protein의 2차적 구조 - 1차구조를 이루는 polypeptide 사슬이 나선, 병풍구조를 이룬 형태= α-helix : 한 가닥의 polypeptide 사슬이 단단하게 감긴 원통모양의 구조.각 펩티드기는 사슬 꼬임의 방향에 따라 앞뒤로 세 번째 떨어진 다른 펩티드기와 수소 결합을 두 개씩 이루고 있다. 펩티드결합의 C=O기와 네 번째 있는 다른 펩티드결합의 N-H기 사이에서 형성되며 모든 펩티드결합 사이에서 만들어진다. 수송protein과 수용체등 세포막에 존재하는 protein에 많이 존재한다.= β-sheet : 인접한 사슬에 있는 펩티드 결합들 사이의 수소결합에 의해 유지되는 매우 경직된 구조. 많은 protein의 중심부에 광범위하게 존재. "unparallel β-sheet" 과 "parallel β-sheet"* protein 분자의 3차적 구조 - polypeptide에 연결된 여러 가지 R기가 수소결합, 이온인력, 소수성 상호작용 및 공유결합이 형성되어 독특하게 접혀진 입체적 구조* protein의 4차적 구조 - 두 개 이상의 polypeptide가 amino acid간의 인력에 의해 결합하여 protein 복합체를 이룬 형태※ protein의 조립형태 : 필라멘트형, 박판형, 구형으로 조립위와 같은 방법으로 protein 분자는 그들의 이웃과 결합하여 분자를 무한히 연장, 나선모양으로 배열하여 긴 protein 필라멘트를 형성하기도 하고(액틴 필라멘트), 세포골격의 미세소관과 같은 길고 얇은 판 혹은 관을 형성하기도 하며, 많은 바이러스 입자의 외피protein에서 볼수 있는 구형을 형성하기도 한다.

자연과학| 2008.12.07| 3페이지| 1,000원| 조회(753)

단백질 구조, protein folding, 아미노산 특징

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SDS-PAGE 의 이해

SDS-PAGE 란?SDS-PAGE(Sodium dodecyl sulfate - Polyacrylamide gel electrophoresis)란 단백질을 크기에 따라 분리하는 방법이다. 보통 서로 다른 두 가지의 gel이 붙어있는 상태인 Disc(Discontinuous pH 혹은 disc) gel 전기영동으로 시행하게 된다. 두 가지의 gel로 시행하는 이유는 시료를 gel에 걸었을 때 서로 다른 크기인 단백질을 첫 번째 gel인 stacking gel의 성질을 이용해 두 번째 gel인 running gel의 똑같은 지점에서 출발할 수 있도록 압축하기 위해서이다. 그 후 두 번째 gel에서는 단백질의 성질 자체에 의해 분리가 된다.그렇다면 두 가지 다른 gel의 성질을 알아보자. 먼저 well에 시료를 loading하고 전기를 걸어주면 시료 내 모든 ion들이 (+)극을 향해 움직이게 된다. 이 때 이동되는 ion들로는 Cl-, Glycine, 단백질 등이 주요하다. 시료를 넣으면 우선 단백질은 Sodium dodecyl sulfate에 둘러싸여 음전하를 띠게 된다. Cl-ion 역시 음전하를 띤다. 하지만 glycine의 경우에 net charge가 0이되는 pH, 즉 pI값이 약 6.2 정도이다. stacking gel은 pH 값이 6.5~ 6.8 정도이기 때문에 glycine은 stacking gel에서 부분적으로만 음전하를 띠거나 혹은 net charge를 0으로 갖는 zwitter ion으로 존재한다. 음전하를 띠어야 (+)극으로 빨리 움직이게 되므로 glycine의 경우는 단백질과 Cl-ion에 비해 훨씬 느린 움직임을 보이게 된다. 그런데 이동하는 상황을 볼 때 zwitter ion으로 존재하는 glycine이 움직이질 않아서 gel에 흐르는 전류가 전체적으로 감소하게 된다. 하지만 본래의 전류를 유지해야하기 때문에 Cl-ion과 glycine 사이에는 굉장히 높은 전압차가 형성된다. 그래서 이동 순서는 Cl-> 단백질 > glycine이 된다. 여기서 Cl-ion이 단백질보다 크기가 작기 때문에 같은 음전하를 띠고 있더라도 단백질보다 더 빨리 움직인다. 물론 단백질이 glycine보다는 크지만 음전하가 더 많기 때문에 빠르게 움직인다. stacking gel 상에서 단백질은 Cl-와 glycine 사이의 높은 전압차에 의해 매우 빠르게 움직일 수 있게 된다. 이 사실은 단백질이 크기에 상관없이 빠르게 움직여서 한 곳에 뭉친다는 것을 의미한다. 또한 stacking gel의 acrylamide 농도가 3~5%로 gel이 large pore를 갖게 되는 것도 단백질이 크기에 관계없이 움직일 수 있도록 하는데 도움을 준다(단백질이 gel내의 pore의 크기에 따라 분리되는 현상을 molecular sieving이라 하는데 이 현상이 나타나지 않는다). 따라서 단백질은 Cl-와 glycine 사이에 축적된 채 두 번째 gel인 running gel로 도달하게 된다. 이 running gel은 stacking gel에 비해 pH가 높아서(약 8.8)stacking gel에서 zwitter ion으로 존재했던 glycine을 음전하로 대전시킨다. 그렇게 되면 stacking gel에서는 단백질보다 크기는 작았으나 음전하가 적어 빠르게 움직이지 못했던 glycine이 단백질과 동등하게 음전하를 갖게 되면서 단백질보다 빠르게 움직이게 된다. 그리고 stacking gel의 acrylamide 농도가 3~5%였던 것에 비해 running gel의 acrylamide는 6~15%까지 높은 편이므로 small pore를 갖게 되고, stacking gel에서 large pore를 통해 무리없이 한 덩어리로 움직였던 단백질들이 running gel에서의 molecular sieving 현상에 의해 크기별로 분리된다.

자연과학| 2008.12.07| 1페이지| 1,000원| 조회(613)

생물학, 분자생물학, SDS-PAGE

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