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폐수처리과정

REPORT과 목 명 : 환경미생물학담당교수 : 이영옥 교수님소 속 : 생명과학전공학 번 : 20324532이 름 : 진 선 영제출일자 : 2005.12.0712장 폐수처리12.1 생물학적 처리의 원리 및 종류- 폐수는 인간 활동과 각종 산업 활동을 통해 끊임없이 생성된 후, 각종 경로를 거쳐 인간이 여러 가지 용도로 사용하고 있는 다양한 용수원에 유입이 됨.- 폐수의 처리 및 처분 방법에는 여러 물리화학적 방법과 생물학적 방법이 있음.① 물리화학적 방법은 비용과 처리 후의 생성물을 재처리 또는 재 처분해야 하는 단점이 있음② 생물학적 처리법은 주로 미생물을 이용하여 폐수 내의 오염물질을 분해, 해독 및 분리키는 것으로 관여하는 미생물로는 세균, 균류, 조류, 원생동물 등이 있으며 일부는 하등동물도 포함됨.- 2차 처리, 유기물을 함유한 공장폐수 및 이로부터 생성되는 슬러지의 처리에 주로 사용되며 저렴한 경비와 다양한 공정 등 널리 사용되는 폐수처리방법임.- 산소의 이용 유무에 따라 호기성 처리와 혐기성 처리로 나뉨.① 호기성 처리 : 활성슬러지법, 살수 여상법, 회전 원판법, 산화지법② 혐기성 처리 : 혐기성 소화법, 정화 조법12.2 1차 처리- 폐수를 생물학적으로 처리하기 전에 폐수 내의 침전 가능한 물질을 침전시켜 물리적으로 분리하는 과정.- 목적은 폐수와 같이 유입된 고형물질 또는 침전속도가 빠른 부유물질을 제거하는 것임.- 여러 요소에 따라 유입된 폐수의 20~60%정도의 BOD를 제거시킬 수 있고, 도시생활하수의 경우 30~40%의 BOD제거 효율을 보임.12.3 활성슬러지법12.3.1 활성 슬러지법의 원리- 포기조 내에서 유기물을 함유한 폐수에 공기를 주입하면 폐수 속에 존재하는 미생물의 호기성 대사에 의해 유기물이 이산화탄소와 물로 분해 되고 미생물의 생물량이 증가하는 원리를 이용함.- 포기조의 폐수를 일정시간 포기 한 수 침전지로 이동시켜 포기를 중단하면 폐수 속의 플록은 서로 응집 침강하여 폐수는 상층수와 침전물로 분리됨.- 활성 슬러지법에 오염물질을 분해 시키는 것이므로 가능하면 미생물 생물량, 즉 슬러지 생성을 억제해야만 함.12.3.2 활성슬러지법의 처리공정12.3.2.1 완전혼합법- 완전혼합법은 1차 침전지에서 나온 폐수를 포기조 내에서 반송 슬러지와 완전히 섞은 후 5~24시간 정도 포기하여 전체 포기조 내의 유기물농도와 산소 이용률을 균등하게 함.12.3.2.2 플러그흐름법- 반송 슬러지와 폐수가 포기조 입구에서 혼합된 후 더 이상의 혼합 없이 계속해서 길이 방향으로 흐르도록 설계된 것임.- 포기조 유입부에서는 유기물농도와 산소 요구량이 높고, 포기조 유출부에서는 유기물농도와 산소요구량이 낮게 된다. 따라서 공기유입이 전 포기조 내에서 고르게 일어나 때에는 용존산소의 차이가 생길 수 있음.12.3.2.3 접촉안정법- 폐수를 포기조에서 단시간 포기시킨 수 2차 침전지에서 슬러지를 분리시키고 안정 조에서 반송 슬러지를 약 6시간 재 포기시키는 방법임.- 일명 접촉조라고 함.12.3.2.4 장기포기법- 포기를 12시간 이상으로 장시간 하는 장기 포기법은 포기조 내 미생물들이 유기물 고갈에 의한 자산화에 의해 생물량의 상당량이 감소하여 폐기될 잉여 슬러지의 양이 적어짐.- 질소화합물의 질화작용이 잘 일어나기 때문에 질소함유량이 높은 폐수를 처리하는데 효과적임.12.3.2.5 기타 공정- 순산소법 : 순수산소를 공기 대신 주입하는 방법으로 폐수 내 용존산소량을 증가시킬 수 있기 때문에 유기물 분해 율이 높아지며 BOD 제거효율이 높음.- 삼층축 폭기법 : 좁고 깊은 반응조의 중간에 공기를 주입하는 방법으로 수압의 증가로 인해 높은 산소용해도를 얻을 수 있고, 주입된 공기에 의해 자연적인 순환이 일어남.장점 : ① 넒은 면적이 필요하지 않음② 높은 산소 전달효율로 에너지가 절약됨.③ 일반적인 표준 활성슬러지법에 비해 절반 정도의 슬러지가 생성됨.12.3.3 활성 슬러지법의 운영과 조절- 활성슬러지법은 공기의 양, 슬러지의 반송률 또는 잉여 슬러지의 양, BOD부하, 슬러지 나이 등의 영향을 받음물로서 종속영양세균이 우점 종을 이룸- 세균은 사체기생성 원생동물과 더불어 가장 낮은 영양단계 구성.12.3.5 활성슬러지법의 문제점- 유기물분해가 일어나지 않는 경우와 슬러지의 비분리- 슬러지의 미분리가 흔히 일어나는 활성슬러지법의 약점.- 폐수처리를 처음 시작할 때나 반송 슬러지의 양이 적거나 많아서 포기조 내 MLSS 양의 변화가 크면 유기물의 분해와 슬러지의 침전이 제대로 일어나지 못한다. 2차침전지에서 슬러지가 침전하지 못하고 폐수 내에 부유 상태로 존재하며 방류수에 섞여 나갈 때 이를 팽화라고 함.원인 : 높은 슬러지 반송률로 인한 낮은 F/M비, 낮은 용존산소, 낮은 pH, 영양소의 부족.- 팽화는 염소 또는 과산화수소를 이용하여 일시적으로 억제할 수 있음.- 메탄생성기구에 의한 CH4, H2, CO2 가스에 의해서도 슬러지 부상이 일어남.- 영양소의 부족으로 인한 점액성 물질의 대량 생성, 폐수에 세제와 같은 계면활성제가 많거나 슬러지 나이가 길어진 경우 Nocardia 증식으로 인한 거품형성, 스컴 생성 등 여러 가지 문제점들이 있음.12.4 살수여상법12.4.1 살수여상법 및 생물막법의 원리- 폐수정화에 관여하는 미생물들이 고정여재 또는 회전예재의 표면에 부착한 고정된 생물막을 이용하는 고정막 처리법의 일종임.- 생물막을 이용하는 폐수처리방법으로 살수여상, 회전원판, 활성생물막, 유동상 등의 방법이 있음.- 공통점 : 폐수 속의 용존 또는 부유 유기물의 제거가 고형여재 표면에 부착된 생물막에 의한 것으로 생물막 내부에는 각종 미생물과 후생동물이 살고 있음.- 살수여상법은 설치와 운영이 쉽고 유입폐수의 수질 및 수량 변화에 대한 조절 증력이 있으며 독성폐수에도 어느 정도 견딜 수 있는 장점이 있으나, 다른 공정에 비해 처리효율이 떨어지고 비교적 넓은 장소가 필요하며 기온변화에 큰 영향을 받으며 악취 발생 및 파리 번식 등의 단점이 있음.12.4.2 살수여상법의 처리공정 및 운영- 수리부하와 유기물부하에 따라 저속 및 고속 살수여상과 초벌여상으로환시킴.- 높은 유기물부하 때문에 질화세균의 발달이 억제되어 질화작용이 거의 일어나지 못함.- 유기물의 농도가 매우 높은 폐수를 처리할 때는 종종 두 개의 살수여상을 연속적으로 이용하는 2단계 살수여상법으로 폐수처리효율을 높임.12.4.2.3 초벌여상- 초고속 살수여상법으로 높은 수리부하와 유기물부하를 가지며 유기물 농도가 매우 높은 폐수를 활성슬러지법으로 처리하기 전에 유기물부하를 줄이는데 사용됨.- 폐수의 유기물 농도가 반 정도로 줄어 듬.12.4.3 살수여상법의 미생물- 그람음성의 편모를 갖는 세균이 최초로 붙어 납작한 1차 콜로니를 형성한다. 그 후 실 모양의 세균과 균류, 점액성 물질을 분비하는 세균들이 2차 콜로니를 형성하게 됨.- Zoogloea 종류가 생물막의 형성에도 크게 관여함.- 미생물의 종류들은 대체로 활성슬러지의 미생물과 비슷함.12.5 회전원판법12.5.1 회전원판법의 원리- 근접 배치한 얇은 원형판들을 폐수가 흐르는 관에 약 40% 정도 잠기게 한 후 이 판의 수직 축을 1rpm 정도로 회전시켜 생긴 원판 표면의 생물막이 폐수를 통과하면서 유기물을 흡착하여 분해시킴.- 원판이 회전하면서 규칙적으로 생물막이 공기에 노출되므로 산소의 계속적인 공급이 이루어 져야함.12.5.2 RBC 처리공정- 3~4단으로 분리된 회전축이 여러 개 직렬로 연결되어 있는 다단 구조로 이루어져 있으며 폐수가 각 단계를 지나면서 처리 율이 높아짐.- 초기의 RBC에서는 폐수를 축 방향으로 유입시켰는데, 이 경우에는 유기물의 농도 차에 의한 생물막 형성의 차이가 생길 수 있음. 현재는 다단 구조에서는 일반적으로 폐수가 축에 대해 직각으로 흐르게 됨.- 폐수 내의 용존산소가 많으면 BOD 제거율이 높아지고 또한 폐수 자체에서 분해가 일어날 수도 있다.12.6 침적여상법- 접촉포기법 또는 생물포기여상법이라고 하며 표면적이 큰 접촉제를 폐수 내에 계속적으로 잠기게 하고 침적여상 바닥에서 포기를 하여 접촉제 표면에 형성된 생물막에 의해 폐수 내 유기물을 분해 시키는 방 있음.④ 고농도의 중금속에서도 잘 견딜 수 있음.⑤ 운전 및 유지가 매우 간단함.12.7.1 통성연못- 가장 흔한 안정지로 흙 제방으로 둘러싸여 공장폐수가 섞이지 않은 생활하수의 안정화에 사용됨.- 세균에 의해 호기성과 혐기성 분해가 같이 일어나므로 통성 연못이라고 함.- 세균에 의해 암모니아성 질소, 인산염, 이산화탄소 등으로 분해 → 조류가 이 무기염유와 태양광을 이용하여 광합성을 하고 산소를 배출함 → 용존산소가 세균에 의해 이용되는 공생순환을 함.12.7.2 포기식 연못- 활성슬러지법의 포기조와 비슷하지만 별도의 침전지나 슬러지의 반송이 없으면 통성 연못과는 달리 조류가 발생하지 않음.12.8 폐수의 혐기성 처리12.8.1 혐기성 처리의 원리- 혐기성 상태에서는 발효대사에 의해 유기물이 완전 산회되지 못하고 유기산 등이 생성됨.- 유기산이 생성되면 pH가 떨어지거나 적당한 환경조건이 되면 유기산이 메탄생성세균에 의해 분해 되어 메탄을 생성하게 됨.- 혐기성 처리는 유기산 생성과 메탄 생성단계로 이루어짐.- 혐기성 처리에는 혐기성 세균들이 주로 관여하며, 유기산 생성세균들과 메탄생성세균 사이의 균형이 매우 중요함.- 장점 : ① 포기가 필요하지 않기 때문에 운영비용이 적음② 고농도의 폐수를 처리할 수 있음.③ 생성되는 메탄가스를 혐기성 처리에 필요한 온도 유지에 사용할 수 있기 때문에 경제적임.④ 잉여슬러지의 양이 적음.- 단점 : ① 분해속도가 느림.② 높은 온도가 필요함.③ 불완전 처리 시 다음 단계로 호기성 처리를 해야 함.12.8.2 정화조- 가장 간단한 형태의 혐기성 처리법으로 하수시설이 없는 시골지역에서 많이 이용됨.- 폐수가 유입되면 유기물의 혐기성 분해가 제한되게 일어나며 슬러지와 잔류고형물은 바닥에 침전되고 상부에는 스컴층이 생성됨.- 유출수의 위험 부담이 있기 때문에 침출지는 상수원 근처에 위치하지 않도록 해야 함.12.8.3 임포프조- 발전된 정화조의 일종으로 혐기성 조건을 보다 엄격하게 유지하여 유용한 메탄을 생성시키는 장치임.- 함.

자연과학| 2006.10.26| 9페이지| 1,500원| 조회(2,309)

폐수처리과정, 활성슬러지법, 회전원판법, 살수여상법

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렙토스피라증

『렙토스피라증(Canine Leptospirosis)』생명과학전공 20324532 진선영렙토스피라증이란스피로헤타목의 한 속. 길이5∼500㎜, 나비0.2∼0.75㎜. 실모양으로 굴곡성이 있는 나선모양의 단세포 세균으로, 혐기성 또는 호기성이다. 세포벽은 유연하여 세포는 세포벽의 신축과 동시에 축을 중심으로 매우 빠른 회전운동을 한다. 황화수소가 함유된 오니나 오수·폐수속에서 살며, 기생은 하지않는다.즉, 렙토스피라속(Leptospira)의 나선균이 감염되어 일으키는 질환이다.전파 양식개, 돼지, 들쥐, 집쥐, 족제비, 여우 등으로부터 사람에게 전파되기도 하고, 감염된 동물의 소변으로 균이 배출되어 늪, 수도, 연못 등의 오염된 물에서 작업하는 사람 의 미세한 피부상처를 통해 균이 옮겨져 전파되며 주로 농촌추수기 전후 (7∼ 11월)에 20-70대의 농업종사자에게 많이 발생한다. 특히 농촌에서 홍수로 인해 쓰러진 벼를 세우는 작업을 할 때 집단 발생하는 경우가 많으며, 7월에서 11월 사이, 특히 9, 10월에 호발된다.증상감염 후 보통 4-19일(평균 10일)간의 잠복기를 거쳐서 발열, 두통,오한, 근육통, 결막 충혈이 생기며 때때로 황달, 신부전증, 빈혈, 피부출혈이 나타난다.체온이 39∼40℃ 정도로 증가하여 7일(2∼12일)정도 지속되기도 한다.간 또는 신장에 이상이 있으면서 치료를 받지 않았을 경우에 사망율이 15%정도에 이른다. 초기증세가 감기몸살과 유사하므로 대수롭지 않게 생각하여 치료시기를 놓치기 쉬우니, 야외에서 작업한 일이 있은지 10일 전후에 감기 몸살과 같은 증상이 나타나면 지체 없이 의사의 진료를 받아 보아야 한다.처음에는 황달이 나타나는 질환(소위 Weil병)으로 이해되었지만 무증상 감염증도 많고, 황달이 없는 경증환자가 90% 정도이며, 황달이 나타나는 중증환자는 5～10%에 불과하다.임상 증상은 광범위한 혈관염에 의한 것으로 급성 열성 질환, 폐출혈, 뇌막염, 간, 신장 기능 장애 등으로 나타난다.1) 제1기(패혈증기) : 갑작스런 고열, 두통, 근육통, 결막 부종, 오심 및 구토 등이 4～7일간 지속됨2) 제2기(면역기) : 1～3일간의 무증상기 후에 고열과 뇌막 자극 증상, 발진, 포도막염, 근육통이 나타난다.중증 감염인 Weil씨 병에서는 간, 신부전증과 전신의 출혈소견, 범발성 응고부전증과 심장염으로 진행될 수 있으며, 우리나라에서는 기침, 각혈 등 중증의 폐출혈형도 볼 수 있다. 사망률은 낮지만 연령이 높을수록 증가한다. 황달이나 신장 손상이 있는 경우 주의 깊게 치료하지 않으면 20% 이상의 사망률을 보인다.진단 및 치료진단은 MAT(microscopic agglutination test) 검사법으로 1주 간격으로 2회 이상 검사하여 항체역가가 4배 이상 증가를 확인하거나, 증상 발현 후 1주일 이내의 혈액, 4～10일 사이의 뇌척수액, 10일 이후의 소변에서 균을 분리 배양함으로써 이루어진다.가을철 열성 질환으로 신증후군 출혈열, 쯔쯔가무시증 등과 감별이 필요하고, 수막염, 뇌염, 간염 등과도 감별해야 한다.황달이 나타나지 않는 경증환자는 2～3주일이 지나면 거의 전부가 회복된다. 그러나 황달이 생긴 중증에서는 간장애가 아닌 신부전으로 5～30%가 사망하지만 투석(dialysis)으로 사망율이 감소된다. Penicillin, tetracycline 등은 가능한 한 조기에 투여하는 것이 필요하다. 증상이 나타난 후 7일이 지나 Penicillin제제를 투여해도 효과가 있다는 보고도 있으나, 이미 조직이 파괴되고 또 면역기전(항원항체결합체, antigen-antibody complex)으로 병변이 진행되면 투여하더라도 효과를 거두기 힘들다.관리 및 예방- 렙토스피라증 환자는 격리시킬 필요가 없다. 가축이나 개 등에는 예방접종 백신을 사용하면 발생이 감소되므로 예방효과가 있고, 쥐등의 설치류가 감염원일 경우에는 구서작업(rat control)을 할 수 있지만 야생동물이 감염원일 경우에는 예방이 어렵다. 백신은 렙토스피라 감염증이 많이 생기는 지역에서만 사용한다.- 작업시에는 손발 등에 상처가 있는지를 확인하고 반드시 장화, 장갑 등 보호구 착용할것- 가능한 한 농경지의 고인 물에는 손발을 담그거나 닿지 않도록 주의할 것

자연과학| 2006.10.26| 2페이지| 1,000원| 조회(582)

렙토스피라증, CanineLeptospirosis, 나선균감염

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멘델유전학의 현대적 의미

멘델유전학의 현대적 의미교 과 목 명 : 필수유전학소 속 : 생명과학전공학 번 : 20324532이 름 : 진 선 영담 당 교 수 : 양재섭 교수님제 출 일 자 : 2004.10.18멘델 이전의 과학자들도 생물체의 유전에 대한 의문과 궁금증을 많이 가지고 있었다. 실제로도 많은 과학자들이 이 유전현상에 대해 연구를 했다. 하지만 그들의 연구는 기껏해봐야 자손세대와 어미세대를 비교하고 관찰하는 정도의 수준에 지나지 않았던 것이다. 하지만 멘델은 관찰하고 비교하는 수준의 연구가 아니라 실험을 통해 유전현상을 연구하고자 했던 것이다.멘델의 실험이 성공할 수 있었던 이유는 다음과 같다.첫 번째로 유전현상을 이해하기 위해서 우선 실험 결과를 상세하게 기록하고 계량화 하는 것이 중요함을 알게 되었다. 그래서 실험으로 알게 된 사실을 명확하게 기록하면서 차근차근 실험을 진행하였고, 결과를 분석하여 일반적인 법칙을 입증할 수 있는 통계학적 규칙을 찾아내려고 노력했다.두 번째로 실험 대상으로 완두를 선택하였다. 완두는 다른 어떤 것들보다 쉽게 구별되는 형질이 존재한다.마지막으로 하나의 실험에서 확실한 한 가지의 형질에 중점을 두었다. 대부분 다른 연구자들은 여러 가지 형질을 동시에 취급함으로 일관된 법칙을 발견하기가 어려웠다고 한다.생물학이 주로 눈으로 보이는 생명체의 모습이나 행동을 그대로 서술하는 기술과학에 지나지 않았던 그 당시에 멘델은 능력있는 실험주의자였다. 그는 연구하고자 하는 특정 형질이 유전적인 면에서 일정하나는 것을 먼저 입증할 필요성을 인식하였다. 실험의 초기에 식물이 정상적으로 자가수분 하여 그 자신의 형질과 닮은 자손만을 증식시키는 순계교배계통을 확립하였다. 이들 순계교배계통을 잡종형성을 위한 교배의 어버이로 선택함으로써 훗날 유전법칙을 입증할 수 있는 실험의 발판을 마련한 것이다.멘델의 유전법칙이 나오기까지에 대해 알아보자면 다음과 같다.유전의 법칙을 밝히려고 노력한 사람이 멘델 하나만은 아니었다. 다른 많은 학자들도 멘델처럼 유전법칙을 밝히려고 노력했로 확실히 구별되어, 대를 거듭해도 변하지 않는 특징을 가진 것을 일곱만 골라서 실험했다. 다시 말해서 키가 큰 식물과 작은 식물, 녹색콩의 식물과 황색콩의 식물을 서로 교배시키는 것이다. 이렇게 되풀이 하는 도안 주의 깊게 관찰한 결과 멘델은 중요한 사실을 확인했다. 그 하나는 교배 결과가 예상한 바와 다르게 나온다는 것이다. 가령 녹색콩의 식물과 황색콩의 식물을 교배하여 잡종을 만들면, 녹색과 황색의 중간색인 옅은 녹색의 콩이 생기지 않는다는 것이다. 새로운 식물은 언제나 유전적 특징을 완전한 단위로 계승하며, 이들 단위(오늘날의 유전인자로서 멘델은 그 당시 이런 단위가 있다고 점칠 수는 있었지만 꼭 집어서 유전인자라고 지적은 못하였다.는 다음 세대로 계속 순수한 형태로 전달되어 간다는 것이다. 다시 말하여, 키가 큰 식물과 키가 작은 식물끼리 교배시키면, 언제나 키가 큰 식물이나 작은 식물 중 어느 한 쪽이 나오지, 중간형질은 나오지 않는다. 또한 이 경우에 1대 잡종(F1)은 언제나 키가 큰 식물이었다. 같은 방법으로 녹색콩 식물과 황색콩 식물을 서로 교배하면, 1대 잡종에서는 그 중간색이 아닌 황색콩 식물만 나온다.이것은 매우 중대한 발견이다. 왜냐하면 그 이전에는 유전단위를 완전한 단위로 생각하지 않았는데, 멘델이 이와는 다른 생각을 했기 때문이다. 즉, 그 이전에는 유전단위가 반액체 상태로 되어 있어서 잡종을 만들 때는 양쪽 특징의 중간 특징을 나타내며, 어느 한 쪽을 완전히 닮지 않는다고 생각하였다. 그런데 멘델은 유전단위가 ‘입자’처럼 되어있기 때문에, 완전한 단위로서 다음 대에 계속 순수하게 전달되고, 어느 한 쪽을 완전히 닮는다고 생각하였던 것이다.이와 같이 멘델 이전의 그릇된 유전 물질에 대한 개념은 ‘융합설’이라 하고, 멘델의 옳은 개념은 ‘입자설’이라고 한다.그런데 1대 잡종 식물끼리 교배시켰더니 또 다른 새로운 사실이 발견되었다. 즉, 황색콩 과 녹색콩의 완두를 교배시키면, 1대에서는 황색콩의 완두만 나온다. 이에 반해 1대 잡종 식‘분리(分離)의 법칙’이라고 한다.다음에 키가 크고 황색 콩인 완두와 키가 작고 녹색콩인 완두를 교배시키면, 키가 크고 황색인 1대 잡종 완두가 생긴다. 이 1대 잡종끼리 다시 교배하면, 2대 잡종(F2)에는 키가 크고 황색 콩, 키가 크고 녹색콩, 키가 작고 황색 콩, 키가 작고 녹색콩인 완두가 9:3:3:1로 나오게 된다. 이것은 콩색을 나타내는 유전인자와 키를 지배하는 유전인자가 서로 다른 쌍의 염색체에 있기 때문에, 이들 두 쌍의 유전인자가 서로 독립적으로 행동하여 유전된다는 것을 의미한다. 그리고 이것을 ‘독립(獨立)의 법칙’이라고 한다.이런 우열의 법칙, 분리의 법칙, 독립의 법칙을 ‘멘델의 유전법칙’이라고 한다.멘델 이후의 유전학에 대해서 알아보자.본질적으로 핵내에 존재하는 모든 유전자는 분리와 독립법칙에 따르지만 이러한 멘델법칙의 비율에 영향을 미치는 6가지 요인이 있다.① 멘델이 완두의 대립유전자에서 관찰한 단순하고 완전한 우성과는 달리 여러 다른 형태로 우성이 나타나는 우성관계dominance relationship② 하나의 개체에서는 유전자 하나에 대하여 2개의 대립유전자만을 지닐 수 있을지라도 2개 이상의 대립유전자가 교배에 관련될지 모르는 복대립유전자multiple allele③ 하나의 유전자 발현이 다른 별개의 유전자 발현에 의해 영향받는 유전자 상호작용gene interaction④ 환경요인이나 개체의 연령과 같은 비유전적 인자에 의해 유전자의 발현이 조절되는 조건유전자발현conditional gene expression⑤ 어떤 형질의 발현이나 하나 이상의 유전자 활동에 의해 지배받는 다인자유전 polygenic inheritance⑥ 별개의 유전자들이 같은 염색체에 서로 연결되어 위치하는 연관linkage[ 1. 우성관계dominance relationship ]하나의 유전자좌gene locus에 위치한 2개의 대립유전자가 다양한 방법으로 표현형에 영향을 미치는 것, 2개의 대립유전자는 우성관계를 통해 상호작용① 하나의 대립유전자로i-N)과의 반응을 보면 N도 우성(두 항혈청을 모두 사용하면 대립유전자 M과 N이 공동우성으로 나타남)(3) 열성치사recessive lethal동형접합성일 경우 2 개체의 죽음을 초래하나 이형접합자에서는 발생하지 않음ex) 옥수수 유식물 : 동형접합성 개체(ww)는 녹색엽록체를 만들지 못하므로 생존 불가능.이형접합성 식물(Ww)은 정상적인 엽록체를 만들어 생장하며, 동협접합성 식물(WW)과 구별되지 않음.(4) 우성치사dominant lethal어떤 대립유전자가 우성치사성이면 동형접합이든 이형접합이든 이 대립유전자를 가진 개체는 모두 죽게됨.ex) 헌팅턴 무도병Huntington's chorea(5) 치사의 다른 예치사 대립유전자는 불완전우성으로 나타날 수도 있음ex) 연골발육부전증achondroplasia유전자형이 AA인 개체는 발달 초기에 죽는다.이형접합성 개체(Aa)는 정상으로 태어나지만 팔과 다리뼈가 자라지 않음.2. 복대립유전자multile allele어버이 양쪽으로부터 하나씩 오직 2개의 대립유전자만을 받지만 하나의 유전자 좌위에는 많은 대립유전자가 있을 수 있음.한 개체군이 특정 유전자에 대해 2개 이상의 대립유전자를 가질수 있으나 한 개체는 하나의 유전자에 대해 오직 2개의 대립유전자만을 갖는다.(1) 혈액형계 : ABO계(ABO system)혈액형은 적혈구 세포 표면에 있는 항원antigen에 의해 결정A형은 적혈구 세포의 표면에 A항원을 가지며, B형은 적혈구 표면에 B항원을 갖는다.AB형은 A항원과 B항원 모두 가지고 있으며 A와 B 두 대립유전자는 공동우성O형은 적혈구 세포 표면에 A항원이나 B항원 모두 갖지 않고, 이 대립유전자는 IO이며 IA 와 IB 에 열성(2) Rh 혈액형 : Rh blood group systemRh 항원의 존재 여부에 따라 Rh+ 혹은 Rh-로 분류※ 적아세포 파괴증erythroblastosis fetalisRh-인 여자와 Rh+인 남자가 결혼해서 Rh+인 태아를 임신 하게 되면 때때로 태아의 Rh+혈액이 성 경로에 관계하는 효소는 온도가 높은 부위에서는 기능을 발휘하지 못함.→ 온도가 낮은 부위(귀, 꼬리, 발, 코 등) 검거나 암갈색이고, 나머지 부위는 황갈색이거나 거의 흰색.(2) 불완전 침투도와 가변성 발현도불완전 침투도incomplete penetrance : 개체가 우성형질을 가지고 있으나 이를 발현 하지 않는 경우.ex) 사람의 혀 말기 → 우성대립유전자를 가진 사람 중 약 8/10만이 혀를 말수 있으므로 이 대립유전자는 80%의 침투도를 가졌다고 말할 수 있음.가변성 발현도variable expressivity : 돌연변이체의 표현형이 다양하게 발현되는 경우ex) 다지증polydactyly : 보인자carrier의 양손과 양발이 같은 유전자와 같은 환경하에 있더라도 손ㅗ발가락 수가 각기 정상이거나 비정상일 수 있다.(3) 한성효과와 종성효과한성형질sex-limited trait : 남성이나 여성 중 한쪽에만 나타나는 형질종성형질sex-influenced trait : 양쪽 성에 모두 영향을 주지만 효과가 서로 다르다.ex) 중년기의 탈모현상 - 우성대립유전자에 의해 남성에게만 나타나며, 여성은 머리카락이 가늘어지게 된다.(4) 다면발현pleiotropy : 하나의 유전자가 2개 이상의 형질을 지배해 한 대립유전자가 다른 조직에서 다른 방법으로 발현ex) 뼈가 쉽게 부서지는 유전병blue sclera-brittle bone disease→ 칼슘대사의 결핍 때문페닐케톤뇨증phenylketonuria → 아미노산의 일종인 페닐알라닌을 대사하지 못해 이것이 혈액에 축적되어 정신박약 내지 색소결핍으로 머리와 피부가 엷은색을 띠기도 함.5. 연속변이와 다인자유전연속변이continuous variation : 하나 이상의 좌위에 있는 대립유전자들이 관련되기 때문에 발생다인자유전polygenic inheritance : 하나 이상의 좌위에 있는 대립유전자들이 같은 형질에 관여할 때.6. 연관linkage연관군linkage group : 같은 염색체상에 존재하며 추론

자연과학| 2006.10.26| 8페이지| 1,500원| 조회(434)

멘델유전학, 멘델유전학 실험

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[분자생물학]생물체에서 유전자 발현이 조절되어야 하는 이유

『생물체에서 유전자 발현이 조절되어야 하는 이유』유전자 발현이란 유전자가 갖고 있는 정보가 생물의 표형 형질을 결정하는 또 다른 분자를 만들어 내기 위하여 해독되어지는 과정인 것이다.유전자의 기능은 세 가지로 나눌 수 있는데 첫 번째가 유전정보의 저장고이다. 즉 유전자는 생명체의 핵심 분자 중 하나인 RNA를 만드는 정보를 갖고 이다. RNA 염기서열은 유전자의 염기서열에 의해 결정된다. 둘째는 유전자는 복제 될 수 있다는 것이다. DNA 복제는 매우 정확하기 때문에 유전정보가 변화되지 않고 세대간에 전달될 수 있다. 셋째, 유전자는 때로 변화 또는 돌연변이를 수용한다. 유전자에 일어나는 이러한 변화로 생물체의 진화가 이루어진다. 이러한 변화에는 염색체간에 또는 하나의 염색체상에서 위치를 이동하는 전위인자라는 DNA조각이 관여한다. 이러한 세 가지의 기능이 모두 발현되는 것이 유전자 발현의 과정이다.유전자 발현의 중요한 단계는 다음과 같다.첫째, RNA 분자는 RNA중합효소라는 효소에 의해 합성된다. 이 효소는 주형가닥의 역할을 하는 DNA의 하나의 가닥 중 일부분을 이용하여 주형DNA에 상보적인 염기서열을 갖는 RNA 가닥을 만든다. 이렇게 특정 유전자와 상응하는 부분이 선택되어지고 RNA 분자가 만들어지는 전반적인 과정을 전사라고 부른다.둘째, 진핵세포의 핵에서 RNA는 일상적인 RNA 가공이라고 부르는 화학적 수식을 거치게 된다.셋째, 이렇게 가공된 RNA는 아미노산의 순서를 지정하며, 그러한 순서에 의해 엮어진 아미노산들은 폴리펩티드사슬을 형성한다. 이와 같은 방법으로 만들어진 폴리펩티드 내의 아미노산 서열은 DNA 내의 염기서열의 직접적인 결과인 것이다. RNA 염기서열로부터 아미노산 서열을 만드는 것을 번역이라고 부르며, 만들어진 단백질은 유전자 산물이라고 부른다.유전자 발현은 DNA에서 유전성의 화학적인 수정에 의해 영향을 받을 수 있다. 유전자 발현은 대개 염기의 화학적 변형 또는 DNA와 결합하는 단백질 인자를 DNA 서열에 첨가하기 위해 유전자 발현에서 유전적 변화를 제공한다. 그 외에도 유전자 발현 조절은 RNA 가공과 쇠퇴의 수준에서 일어나기도 한다. 또는 번역 수준에서 일어날 수 있다. 번역의 원리는 번역되기 위한 mRNA 분자의 무능력은 어떤 조절 하에서 제외된다. 단백질 합성의 전체 비율의 조절이 이루어진다. 또 mRNA의 더 작은 열린 번역 틀의 존재 때문에 일반적인 열린 번역 틀의 번역을 중지한다.유전자 발현과정을 요약하자면 다음과 같다. 우선 DNA가 RNA 중합효소에 의해 전사가 일어난다. 이때 rRNA와 mRNA, tRNA가 관여하며, 또한 이때에 락 오페론과 트립오페론의 작용도 이루어진다. 이렇게 해서 Ribosome이 만들어진다. 이렇게 만들어진 Ribosome은 번역되어 단백질이 형성이 된다. 대개의 유전자들이 이러한 과정을 거쳐서 다음 세대로 유전자가 발현이 되는 것이다. 유전자 발현 과정 중 가장 중요한 과정은 전사과정이다. 전사과정은 DNA를 최종적 산물인 단백질로 발현하는 데에 있어서 가장 중요한 역할을 한다.이러한 과정을 거쳐서 유전자가 발현되는데 유전자의 발현이 생물체에서 일어나는 이유는 무엇인가? 쉽게 말해서 환경적 영향을 받기 때문이다. 생물체가 살아남기 위해서는 환경의 변화에 적응해야 한다.생물체 밖에서 유전자 발현이 이루어진다고 가정할 경우 유전자 발현과정 중에서 전사과정과 번역 과정이 보호 받을 수 없게 된다. 생물체 밖에서 유전자 발현이 일어날 경우 주위의 환경요인에 영향을 받아 제대로 된 유전자 발현이 일어날 수 없다. 돌연변이 양이 많아 질 뿐만 아니라 유전자 발현 자체가 이루어 질 수 없게 될 지도 모른다. 즉 생물체가 유전자 발현 과정을 보호해 주는 셈인 것이다.또 다른 이유는 생물체가 유전자 발현에 필요한 에너지를 공급해주기 때문이다. 생명활동은 에너지에 의해 일어난다고 해도 과언이 아닐 정도로 많은 에너지를 필요로 한다. 하지만 유전자 자체가 에너지를 생산해 소모하는 활동을 할 수는 없다. 이런 유전자를 위해 생물체가 에너지원의 역할을 하는 것이다.또 유전자 발현이 생물체 내에서 일어나는 이유는 환경변화에 적응하기 위해서이다. 생물체의 경우 이미 환경에 적응한 채로 살아가고 있다. 생물체를 이루고 있는 유전자는 환경변화에 적응하기 위해 특정 유전자의 발현을 변화시켜 합성되는 단백질을 적절하게 조절함으로써 생존할 수 있다. 이것은 진화에도 영향을 미치는데 빠르게 변화하는 주위 환경에 맞추어 생물체의 유전자를 조절함으로 인해 멸종하지 않고 생존할 수 있기 때문이다. 예를 들면 대장균은 약 3,000가지의 단백질에 대한 유전자를 가지고 있는데 이들 단백질이 동시에 모두 필요한 것이 아니고 서로 다른 시기와 환경에서 필요하다. 이렇게 세포는 유전자의 발현에 의해 만들어진 산물을 각각 다른 조건하에서 적절히 이용하여 살아가고 있다.

자연과학| 2006.06.09| 2페이지| 1,500원| 조회(776)

유전자발현, 유전자발현조절, 유전지기능

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[분자생물학]진핵세포와 원핵세포에서의 유전자 발현 조절의 차이점 평가A+최고예요

r e p o r t과 목 명 : 분자생물학담당교수 : 유병제교수님소 속 : 생명과학전공학 번 : 2 0 3 2 4 5 3 2이 름 : 진선영제출일자 : 2 0 0 5 1 0 2 8『진핵세포와 원핵세포에서의 유전자 발현 조절의 차이점』유전자 발현은 유전산물이 만들어 지는 과정이다. DNA상의 유전자에 담겨진 정보에 따라 폴리펩티드가 만들어지기까지는 두 단개가 존재하는데, 전사와 번역이 바로 그것이다. 전사는 RNA 중합효소라고 불리는 효소가 DNA 사슬의 복사 본을 만드는 것인데, 이 복사 본은 DAN가 아니라 DAN와 유사한 RNA로 만들어진다. 번역은 RNA가 리보솜이라는 세포의 단백질 생산 공장에 유전정보를 전달하고, 리보솜은 mRNA에 있는 유전부호를 해독해서 그 정보대로 단백질을 만들어 낸다. 여기에서 알 수 있듯이 유전자 발현에는 전사과정이 매우 중요하다. 전사과정에서 DNA가 잘못 번역된다면 다음세대에 유전자가 제대로 발현되지 못하기 때문이다.먼저 원핵세포의 유전자 발현에 대해 알아보자.원핵세포의 유전자 발현 과정을 알아보기 위해서는 대부분의 실험에서 대장균이 사용된다. 대장균은 약 400만개의 DNA 염기쌍으로 이루어진 고리모양으로 된 염색체를 가지고 있다. 이 염색체 상에 유전자들이 아무렇게나 흩어져 있는 것이 아니라 특정대사에 관여하는 효소를 만드는 유전자는 한곳에 뭉쳐 있으며 리보좀을 구성하는 단백질처럼 서로 관계되는 구조단백질의 유전자도 서로 연결되어 있다. 이렇게 한곳에 모여 있는 유전자는 일반적으로 공동으로 조절되며 여러 개의 단백질을 만드는 polycistronic mRNA로 전사되는데 이 조절단위를 operon이라 한다.Operon은 효소나 구성단백질을 구성하는 구조유전자와 조절단백질을 조절하고 있는 조절유전자, 그리고 구조유전자 옆의 DNA 상에 존재하는 조절부위로 이루어져 있다.Operon은 조절유전자에 의해 조절되며 조절 유전자는 전사, 번역되어 repressor라는 단백질을 만드는데 이 단백질은 operator와 결합하여 RNA 중합효소가 promoter site에 결합하지 못하게 하여 전사를 억제한다. 그러나 어떤 특정물질이 존재하면 operon 구조유전자의 전사가 증가되는데 이를 유도라 하며 이런 작용을 하는 물질을 유도물질이라 한다. 유도물질이 활성 repressor와 결합하여 불 활성화시키면 repressor는 operator에 결합할 수 없게 되므로 operon은 억제되지 않아서 전사가 개시된다.이와 반대로 세포내에서 특정한 대사물질의 농도가 증가하면 효소 합성이 중단되는 경우가 있는데 이 현상을 억제라 하며 이런 효과를 나타내는 물질을 corepressor라 한다. 이러한 현상을 나타내는 operon의 조절유전자에서 생성된 aporepressor는 operator 부위에 결합할 수 없으나 corepressor가 존재하면 활성형의 repressor가 되어 operator 부위에 결합할 수 있게 되어 구조유전자의 전사가 억제되고 효소는 합성되지 않는다.제일 먼저 발견된 lac operon을 살펴보면, lac operon론은 단백질을 부호화하는 세 개의 구조유전자가 있다. 대장은 이 구조유전자들 발현 산물인 효소를 사용해 lactose을 하여 에너지로 이용하기 때문에 이 operon을 lac operon이라고 부른다. lac operon은 다시 음성적 조절과 양성적 조절로 나뉘는데 쉽게 정리하자면 음성적 조절은 포도당이 고갈되어 없고 lactose가 존재할 경우 operon이 발현되는 기작이고, 양성적 조절은 반대로 포도당이 있고 lactose가 존재하지 않는 경우에 나타나는 현상이다. 음성적 발현의 경우 operon이 작동하는데 이때 억제인자에 의해 lac operon의 음성적 조절이 억제되기도 한다. 양성적 조절은 CAP-cAMP에 의해 조절되는데 cAMP포도당의 농도에 의해 CAP는 MalT에 의해 조절된다.try operon은 대장균의 트립토판 아미노산의 생성에 필요한 효소를 부호화하는 유전자로 구성되어 있다. try operon도 lac operon의 음성적 조절처럼 억제인자에 의해 조절된다. try operon은 트립토판이 있을 때 억제되며, 트립토판이 존재하면 전사된다.다음으로 진핵세포의 유전자 발현을 알아보자.유전자가 발현된다는 말은 세포내의 유전물질인 DNA가 mRNA로 전사되고, 이 mRNA가 단백질로 번역되는 과정을 의미한다. 이때 각 세포에 존재하는 단백질의 양은 mRNA의 농도, mRNA에서 단백질로 번역되는 비율, 또는 합성된 단백질 자체의 안정성에 의해서 결정된다.유전자 조절에 대한 메커니즘은 주로 박테리아를 활용하는 방식이 연구되어 있다. 박테리아의 경우, DNA위의 특별한 부위에 붙는 조절단백질에 의해서 어떤 mRNA의 합성을 촉진 또는 억제시키는 역할을 한다. 이에 반해 진핵세포는 유전자 조절에 관한 메커니즘이 매우 복잡하다. 즉 진핵세포에서는 mRNA의 선구물질들이 미성숙한 상태로 많이 존재하여, 이것들이 세포질에서 단백질을 합성시키기 위해서는 여러 단계에 걸쳐서 적합한 형태로 변형되어야 한다는 것이다. 물론 진핵세포도 원핵세포와 마찬가지로 유전자 발현을 할 때 대부분의 조절이 전사단계에서 이루어진다. 하지만 mRNA의 변형 과정, 일단 합성된 mRNA를 안정되게 유지시켜주는 과정 등이 필요한 것이다. 또한 원핵세포와 달리 핵막이 존재하므로 일단 핵에서 합성된 mRNA가 단백질로 번역되기 위해서는 세포질로 이동해야한다. 이 과정도 그 이동을 조절하는 여러 단계를 거쳐야 비로소 성립하게 되는 것이다.

자연과학| 2006.06.09| 4페이지| 1,500원| 조회(2,909)

유전자, 진핵세포유전자발현, 원핵세포유전자발현, 진핵원핵유전자발현차

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