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생물·생명
Q. 여름철 참새와 겨울철 참새의 외형이 다른 이유는 무엇인가요?
가장 큰 이유는 털갈이 때문입니다.즉, 살이 찌고 빠지는 것이 아니라, 계절 변화에 적응하기 위한 자연스러운 털갈이로 깃털의 상태와 밀도 차이 때문에 그렇게 보이는 것입니다.겨울에는 참새가 체온을 유지하기 위해 깃털을 부풀리는데, 깃털 아래에 촘촘하게 자라는 솜털이 공기층을 형성해, 마치 패딩처럼 외부의 찬 공기를 막고 몸의 열이 빠져나가는 것을 막아줍니다. 특히 추운 날에는 깃털을 최대한 부풀려 보온 효과를 높이는데, 이 때문에 참새가 더 포동포동하게 보이는 것입니다.반면 더운 여름에는 몸의 열을 식히기 위해 깃털이 얇아지고 듬성해집니다. 이 때문에 깃털이 몸에 착 달라붙어 날씬해 보이는 것이죠.
생물·생명
Q. 대장균의 증식 속도가 빠른 이유는 무엇인가요?
여러가지 이유가 있지만, 무엇보다 가장 큰 이유는 단세포 생물이기 때문입니다.인간 같은 다세포 생물은 여러 기관과 유기적 관계를 형성해야 하기 때문에 성장과 생식에 많은 시간과 에너지가 필요합니다. 반면, 단세포 생물인 대장균은 세포 하나가 곧 개체이기 때문에 복잡한 유기적 관계가 필요 없습니다.게다가 대장균은 이분법이라는 단순한 방식으로 번식합니다. 이 과정은 유전 물질인 DNA를 복제한 뒤, 세포가 둘로 나뉘는 간단한 단계로 이루어지고, 영양분과 온도가 적절하면 이 과정은 더욱 빠르게 진행되어 20분마다 개체 수가 두 배로 증가할 수 있습니다. 이는 복잡한 생체 시스템을 유지하고 발달시키는 데 필요한 복잡한 과정을 모두 생략하기 때문에 가능한 것이죠.한마디로, 대장균이 단세포라는 단순함이 빠른 증식의 가장 큰 이유인 것입니다.
생물·생명
Q. 발현 벡터에서 진핵생명체의 유전자를 발현시키기 위해 필요한 조건은 무엇인가요?
진핵생명체 유전자를 원핵생명체에서 발현시키려면, 원핵생명체의 발현 시스템에 맞게 유전자를 변형하고 적합한 발현 벡터에 삽입해야 합니다.이 때 가장 중요한 조건은 인트론 제거입니다. 진핵생명체는 유전자 내부에 단백질을 암호화하지 않는 인트론을 가지고 있지만, 원핵생명체는 이를 제거하는 기능이 없어 cDNA를 사용해야 합니다.또한, 원핵생명체의 전사와 번역을 시작하게 하는 프로모터와 리보솜 결합 부위(RBS)가 필수적입니다. 진핵생명체 유전자는 자체적인 프로모터를 원핵생명체에서 사용할 수 없으므로, T7, tac 같은 원핵생명체 특이적 프로모터를 벡터에 포함시켜야 합니다.마지막으로, 발현 효율을 높이기 위해 코돈 최적화를 통해 원핵생명체가 선호하는 코돈으로 유전자 서열을 바꾸기도 합니다.
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Q. 클로닝 벡터와 발현 벡터의 목적은 어떻게 다른가요?
클로닝 벡터는 특정 유전자를 대량으로 복제하는 데 목적이 있습니다.즉, DNA 조각을 숙주 세포 안으로 안전하게 운반하고 증식시키는 역할에 초점을 맞춥니다.반면 발현 벡터는 단순히 유전자를 증식하는 것뿐만 아니라, 삽입된 유전자가 실제로 전사되고 번역되어 단백질로 만들어지게 하는 데 목적이 있습니다.
생물·생명
Q. 유전자 재조합에 성공했는지를 확인하기 위한 여부로 lacZ를 사용하는 원리는 무엇인가요?
베타-갈락토시다아제의 활성 여부를 검사하여 확인할 수 있습니다.lacZ 유전자는 베타-갈락토시다아제라는 효소를 암호화하는데, 이 효소는 X-Gal이라는 물질을 분해하여 푸른색을 띠게 합니다. 그리고 유전자 재조합 실험에서 목적 DNA를 삽입하는 플라스미드에는 lacZ 유전자 내부에 삽입 부위(MCS)가 있습니다.만일 성공적으로 유전자 재조합이 이루어진 경우 목적 DNA가 lacZ 유전자 안에 삽입되어 lacZ 유전자가 파괴됩니다. 따라서 베타-갈락토시다아제가 만들어지지 않아 X-Gal을 분해할 수 없어 흰색 콜로니를 형성합니다.반면 유전자 재조합이 실패한 경우 목적 DNA가 플라스미드에 삽입되지 않아 lacZ 유전자가 유지되고, 이로 인해 정상적으로 베타-갈락토시다아제가 생성되어 X-Gal을 분해하고 푸른색 콜로니를 형성합니다.이러한 색깔 변화를 통해 유전자 재조합 성공 여부를 간편하게 선별할 수 있는 것입니다.
생물·생명
Q. 점착성 말단이 유전자 재조합에 용이한 이유는 무엇인가요?
점착성 말단은 외가닥으로 돌출된 형태이며, 같은 제한 효소로 잘린 다른 DNA 조각과 상보적인 염기 서열을 가집니다. 이 상보적인 염기 서열은 서로에게 이끌려 수소 결합을 형성하며 안정적으로 결합이 가능합니다.비유하자면 퍼즐처럼 원하는 DNA 조각이 정확한 벡터에 삽입되독 해주는 것이죠. 하지만 이 결합은 DNA 연결 효소인 리가아제가 작용하여 DNA를 확실하게 연결하기 전까지 안정성을 유지시켜 주는 일시적인 것입니다.반면, 상보적 염기 서열이 없는 평활성 말단은 무작위로 결합하여 재조합 성공률이 매우 낮습니다.그래서 점착성 말단은 유전자 재조합 실험에서 상당히 핵심적인 요소인 것이죠.
생물·생명
Q. 대장균이 제한 효소를 가짐으로써 얻는 이점은 무엇인가요?
가장 큰 잇점은 바이러스 같은 외부 감염에 대한 방어입니다.박테리오파지 같은 바이러스가 대장균에 침입하면, 제한 효소는 외부에서 들어온 바이러스의 DNA를 인식해 특정 부위를 절단하여 파괴하여 바이러스가 유전자를 복제하고 증식하는 것을 막아 대장균을 보호하게 됩니다.그리고 자신의 DNA를 보호하기 위해 대장균은 제한-변형 시스템을 통해 자신의 DNA를 메틸화 효소로 변형시킵니다. 이 메틸화된 DNA는 제한 효소가 인식하고 절단하는 부위가 아니기 때문에 절단되지 않게되죠.결과적으로 대장균은 외부 침입자로부터 스스로를 보호하고, 자신은 피해 없이 생존율을 높일 수 있는 강력한 방어 체계를 갖게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 번역시에 mRNA의 5'말단에 단백질이 존재하면 번역이 어려워지는 이유는 무엇인가요?
단백질 번역은 리보솜이 mRNA의 5' 말단에 있는 5' 캡을 인식하고 결합하는 것에서 시작됩니다.이 과정은 번역 개시의 필수 단계인데, 만약 5' 말단에 다른 단백질이 결합되어 있으면, 리보솜이 5' 캡에 접근하는 것이 불가능해서 번역을 시작할 수 없게 됩니다.그리고 mRNA의 3' 말단에 있는 폴리-A 테일에는 폴리-A 결합 단백질(PABP)이 결합합니다. 이 단백질은 mRNA의 5' 말단과 3' 말단을 연결하여 mRNA가 고리 모양의 순환 구조를 형성하게 합니다. 이 구조는 번역이 끝난 리보솜이 3' 말단에서 분리된 후 5' 말단으로 쉽게 재배치되도록 해서 번역 효율을 높이죠. 또한, PABP는 mRNA를 분해 효소로부터 보호하여 수명을 연장시켜 단백질 합성이 더 오랫동안 활발하게 일어나도록 하기도 합니다.
생물·생명
Q. 너구리가 고양이 사료를 먹으면 건강에 문제가 생길 수 있나요?
말씀하신 것처럼 만일 너구리가 고양이 사료를 지속적으로 먹는다면 건강에 문제가 생길 수 있습니다.고양이 사료는 고양이에게 필요한 영양소에 맞춰져 있어 너구리에게는 영양 불균형이 생길 수도 있죠. 특히 특정 영양소가 과도하게 포함되어 너구리의 신장 기능에 부담을 줄 수도 있습니다.
생물·생명
Q. siRNA와 preRNA의 차이는 무엇인가요?
siRNA와 pre-miRNA는 둘 다 RNAi 메커니즘을 통해 유전자 발현을 억제한다는 점은 비슷하지만, 기원이나 생성 과정, 그리고 표적 mRNA와의 결합 방식에서 차이가 있습니다.먼저 siRNA는 외부에서 유입된 긴 이중 가닥 RNA가 Dicer 효소에 의해 잘려 생성됩니다. 반면, miRNA는 세포 내 유전자에 의해 생성된 후 드로셔와 다이서 효소를 거쳐 만들어집니다.무엇보다 가장 중요한 차이점은 표적 mRNA와의 결합 방식입니다.siRNA는 표적 mRNA 서열과 상보적으로 결합하여 RISC 복합체에 의한 mRNA 절단 및 분해를 유도합니다. 이 때문에 특정 유전자 하나를 강력하게 억제하는 데 효과적이죠.반면, miRNA는 표적 mRNA의 3' 비번역 영역과 부분적으로 상보적으로 결합하며, 주로 mRNA의 번역을 억제하거나 불안정하게 만듭니다. 그래서 하나의 miRNA가 여러 유전자의 발현을 동시에 미세 조절할 수 있습니다.