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Q.세표기능은 다양한데 20개의 아미노산을 단순히 배열하는 것만으로 충분할까?

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Q.세표기능은 다양한데 20개의 아미노산을 단순히 배열하는 것만으로 충분할까?

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아니요, 단순히 20개의 아미노산을 배열하는 것만으로는 세포의 복잡하고 다양한 기능을 수행하기에 충분하지 않습니다. 아미노산은 단백질을 구성하는 기본 재료이지만, 이들이 일렬로 배열된 것만으로는 기능이 생기지 않습니다. 아미노산들이 정확한 순서로 배열되어야 할 뿐만 아니라, 그 배열에 따라 형성되는 입체적인 구조(2차, 3차 구조)가 정확히 이루어져야 기능적인 단백질이 만들어질 수 있습니다. 또한 각 아미노산의 위치와 상호작용이 정밀하게 조절되어야 하며, 생성된 단백질은 다른 분자들과의 상호작용과 다양한 화학적 변형을 통해서야 비로소 실제로 작동하게 됩니다. 따라서 단순히 아미노산 20가지를 조합하는 것만으로는 세포 내의 복잡한 기능을 설명하기에 부족하며, 배열 이후의 구조 형성, 상호작용, 변형까지 모두 포함되어야 기능이 완성됩니다.

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20가지의 아미노산으로 세포의 기능을 충분히 할 수 있을까?

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20가지의 아미노산으로 세포의 기능을 충분히 할 수 있을까?

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20가지 아미노산이 개별로 기능을 하는게 아니라 둘 이상의 아미노산이 펩타이드 결합으로 이어져서 기능을 하는 것이기 때문에 충분할 것 같다. 왜냐하면 폴리펩타이드의 길이가 10이라고해도 경우의 수가 20^10인데 폴리펩타이드의 길이가 길어지면 더 많은 경우의 수가 생기기 때문이다. 또,단백질의 기능은 2,3,4차구조의 입체 구조에 따라 결정되기에 다양한 양상이 나타나기 때문이다.

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Q. 세포의 기능이 정말 다양한데, 20개의 아미노산을 단순히 배열하는 것만으로 충분할까?

A. 단순한 배열만으로는 세포의 모든 기능을 나타내기 어려울 것 같다. 다만 곁사슬에 의해 아미노산의 종류가 결정이 되는 것이라면 여러 개의 아미노산을 가지고 20개의 곁사슬을 다양하게 조합할 경우, 다양한 세포의 기능을 나타낼 수 있을 것이다. 혹은 20개의 아미노산을 구조를 다양하게 배치한다면 단백질의 기능은 아미노산의 구조에 따라 나타나는 것이므로 20개로도 충분히 세포의 각 기능을 나타낼 수 있을 것이다.

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줄기세포와 재생의학

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아미노산 약 20가지를 배열하는 것만으로는 충분하지 않다

세포의 기능은 엄청나게 많다. 하지만 아미노산이 결합되어 만들어진 하나의 단백질은 하나의 고유한 기능을 가진다. 따라서 아미노산 약 20가지를 배열하는 것만으로는 그 기능의 수를 따라갈 수가 없다. 아미노산을 배열하는 것 뿐만 아니라 그 배열한 아미노산들이 회전되고 접하고 꼬여서 3차원적인 모양의 형태로도 만들어져야 세포의 기능의 수를 따라갈 수 있다.

참고로 아미노산이 결합을 할 때 종류가 같은 아미노산이 같은 수로 결합되어 있더라도 그 순서가 하나라도 다르면 전혀 단백질이 되어 다른 기능을 가진다.

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1조: 염색질, 히스톤, 히스톤 단백질이 구조에 끼치는 영향

진정 염색질, 이질 염색질, dna로 rna를 만들려면, dna에 접근해야하지 않나?

2조: 전사인자, rna는 어떤 단백질이 만들지?, 진핵생물, RNA 중합효소는 혼자서 일할까? ex) 알부민(간 세포), 크리스탈린(눈 세포)

3조: 막 만들어진 mRNA의 모든 부분이 쓰일까?,

4조: miRNA

5조: 세포는 단백질을 어떻게 분해할까?, 유비퀴틴

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세포핵 안에는 DNA가 너무 길게 풀려 있어서 히스톤이라는 단백질에 감겨서 정리되어 있다. 이 상태를 염색질이라고 한다. 이 감겨있는 DNA가 느슨하면 유전정보를 읽기 쉽고, 반대로 단단하면 유정정보를 읽기가 어렵다. 따라서 DNA를 읽을 수 있도록 염색질 구조를 느근하게 만들어야 한다. 이것아 염색질 구조 조정이다.

염색질 구조 조정을 하는 방법은 대표적으로 히스톤 아세틸화가 있습니다. 히스톤 아세틸화는 히스톤에는 염기성 아미노산인 라이신과 아르기닌이 풍부하여 +전하가 띄며, DNA에는 -전하가 띄게 된다. 따라서 히스톤 단백질의 결합력이 단단해지는데 이 것을 풀기 위해 아세틸기를 전달하여 라이신이 양전하를 잃게 되고 DNA와의 결합력이 약해진다. 이러한 과정을 통해서 염색질 구조가 느슨해지고 DNA를 읽는게 쉬워지게 된다.

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원래 수업 계획대로 한다

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2. 번역 후 조절

-단백질이 리보솜에서 아미노산 사슬(폴리펩타이드)로 합성된 뒤, 세포 내에서 단백질의 구조를 완성하고 기능을 조절하는 과정이다.

이 과정이 필요한 이유

-일부 단백질은 처음 합성될 때 비활성 상태로 존재하며, 특정 부위가 절단되어야만 활성화되는 경우가 있기 때문

-필요하지 않은 단백질은 선택적으로 분해되어 세포 내에서 제거해야 하기 때문이다.

번역후 조절에서는 가역젹 조절 비가역적 조절이 있다.

가역적 조절

-단백질에 인산화, 아세틸화, 메틸화 등의 화학적 변형이 일어나 기능을 조절

-다시 원래 상태로 되돌릴 수 있는 조절 반응

비가역적 조절 과정은 되돌릴 수 없는 조절 반응으로

-단백질이 분해되는 과정있고

-대표적으로 유비퀴틴-프로테아좀 시스템을 통해 불필요하거나 손상된 단백질이 분해를한다.

유비퀴틴-프로테아좀 시스템

-세포가 쓸모없는 단백질을 표적해서 분해하는 시스템이다.

과정

1. 유비퀴틴화: 분해할 단백질에 유비퀴틴이라는 꼬리표를 붙이는 과정

-E1: 유비퀴틴을 활성화

-E2: 유비퀴틴을 운반

-E3: 표적 단백질을 골라 유비퀴틴을 연결있고

2. 분해: 프로테아좀이 유비퀴틴화된 단백질을 인식해 분해

-프로테아좀이 유비퀴틴 사슬을 인식

-단백질을 안으로 끌어들여 아미노산 단위로 절단

-유비퀴틴은 다시 떼어내어 재사용 가능하다.

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번역 조절이란 간단히 설명하자면  단백질을 얼마나 만들지 조절하는 방법이다. 번역은 필요할 때만 일어나야 하므로 세포는 이 과정을 조절한다 이 조절 하는 방법은 두가지로 나뉜다

miRNA는 여러 단백질이 모인 복합체인 RISC(RNA-induced silencing complex)와 만나서 miRISC를 만든다.

이 복합체는 표적 mRNA에 달라붙어서 그 mRNA를 없애거나, 단백질로 바뀌지 못하게 막는 역할을 한다.

이때 핵심 역할을 하는 단백질인 Argonaute는 RISC 안에서 가장 중요한 단백질이자 자르는 기능(slicer 활성)을 가진 단백질이다.

하지만 이 잘라내는 기능은 miRNA와 mRNA의 염기서열이 거의 완벽하게 일치할 때만 작동한다.

만약 부분적으로만 일치한다면 mRNA를 자르진 않고 그냥 단백질로 번역되는 걸 방해하는 식으로 작용한다.

mRNA가 얼마나 빨리 분해되느냐에 따라 단백질 양이 달라진다. mRNA는 단백질을 만들기 위한 설계도이다.

이 설계도가 오래 남아 있으면 단백질을 많이 만들 수 있고 빨리 사라지면 단백질을 적게 만들게 된다.

따라서 이 번역 조절의 과정이 필요한 이유는 단백질이 필요할때만 생성되도록 하기 위함이다

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전사 조절은 유전자가 mRNA로 복사되는 과정에서 일어나며, 전사 인자가 유전자의 전사를 활성화 또는 억제함으로써 발현을 조절한다. 이 과정은 유전자의 발현 정도를 조절하여 세포의 기능 유지, 분화 과정, 환경 변화에 대한 적응 등 생명 현상 전반에 중요한 역할을 한다.

전사 조절의 과정은 크로마틴 구조를 열면 RNA 중합 효소가 프로모터에 붙을 수 있는 환경이 된다. 프로모터란 전사가 시작되는 특정 염기 서열을 가리키고, RNA 중합 효소란 RNA 합성을 촉매하는 효소이다. 다만 RNA 중합 효소가 단독으로 프로모터에 붙을 수 있는 것이 아니므로 전사를 도와 주는 전사 인자가 필요하다. 전사 인자란 DNA의 특정 부위에 결합하여 유전자의 발현을 촉진하거나 억제하는 단백질로, RNA 중합 효소에 의해 전사를 개시할 수 있도록 돕는 역할을 한다. 이런 전사 인자와 RNA 중합 효소가 결합하여 전사 개시 복합체를 형성하면 전사가 시작되어 mRNA가 형성되고, 위 과정을 전사 개시 조절 과정이라고 한다.

전사 인자에 따라 전사의 여부가 차이나는 현상에 대한 예시로 알부민 유전자가 있는데, 혈청 단백질인 알부민을 형성하는 유전자를 알부민 유전자라고 하며, 간세포에서만 전사되어 발현하는 유전자이다. 알부민 유전자가 간세포에서만 발현되는 까닭은 간세포에 존재하는 특정 전사 인자가 알부민 조절 결합 부위에 결합하여 전사를 유도하기 때문이다. 이처럼 대부분의 세포는 같은 RNA 중합 효소를 가지고 있으나 세포마다 발현되는 전사 인자가 달라질 수 있어서 동일한 유전자라도 전사 여부가 달라질 수 있다. 이는 전사 인자의 차이로 조직 특이적 유전자 발현이 조절 가능하다는 점을 보여 준다.

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전자 개시 조절

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수업 1시간 일찍 끝내고 마지막 과제 준비한다.

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줄기세포 치료에 대한 자료가 상대적으로 많은 질병들

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줄기세포 치료에 대한 자료가 상대적으로 많은 질병들

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신경계 질환

파킨슨병

뇌졸중

다발성경화증

알츠하이머

내분비계 및 대사질환

제1형 당뇨병

골격계질환

퇴행성 관절염

류마티즘

심혈관 질환

심근경색

혈액 관련 질환 대부분

자가면역 관련

기타

피부 재생(화상 치료)

녹내장

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B 회사는 과학적으로 입증되지 않은 돼지 방광에서 추출한 세포외기질을 활용해 손가락이 완전히 재생되었다고 과장하고, 동물 유래 조직을 이용한 실험적 치료를 검증된 치료처럼 광고하고 있어 적합하지 않은 회사라 생각이 된다

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회사B가 이상하다.

이 회사에서 사용한 것은 줄기세포가 아니다. 또한 재생효과가 너무나도 과장된 것 같다.

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제시된 가상의 줄기세포 치료 전문 회사 A, B, C 중 가장 피해야할 곳 하나를 골라 철수가 효자가 되는 것을 도와주시오.

답:B회사

이유:B회사는 줄기세포 치료처럼 보이지만, 실제로는 돼지 방광에서 추출한 가루를 사용해 손가락이 자랐다고 주장한다 그러나  줄기세포를 배양하거나 분화시키는 과정이 없고, 치료 원리도 제대로 설명되지 않아 믿기 어렵다고 판단되었다 ‘마법의 가루’처럼 말하는 것도 과학보다는 광고에 가깝다는 생각이 들었고 안전성이나 효과에 대한 정보도 다른 회사에 비해 부족하다고 느껴졌기 때문에 철수가 B회사를 피해야 한다고 생각한다.

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답: B

이유: 세포를 통하여 배양을 했다거나 새로운 조직을 생성했다는 과정이 없고, 그저 돼지 방광 추출물로 만든 가루가 재생을 촉진한다고 말하고 있다. 이 과정에서 치료 방법이나 과정에 대한 자세한 설명 또한 다른 영상에 비해 부족하다고 생각한다.

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Q. 제시된 가상의 줄기세포 치료 전문 회사 A, B, C 중 가장 피해야할 곳 하나를 골라 철수가 효자가 되는 것을 도와주시오.

A. B 회사를 피해야 한다. 우선 줄기 세포는 주변 세포로부터 지속적인 신호를 받아야만 줄기 세포의 기능을 유지할 수 있는데, 과연 세포를 가공하여 가루로 만들었을 경우에도 줄기 세포가 줄기 세포의 기능을 수행할 수 있을지에 대한 의문이 들었다. 더불어 상처를 치유하는 가루라는 것 자체가 그저 회사를 홍보하기 위해 과장하여 소개한 것 같아서 미심쩍었다.