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신경전달물질은 무극성과 극성으로 나뉘나요?
안녕하세요.신경전달물질을 극성 분자냐, 무극성 분자냐로 분류하는 방식은 정식 생화학, 신경과학 분야에서 쓰는 표준 분류가 아닙니다.신경전달물질은 일반적으로 화학적 구조 기반으로 아미노산 계열: 글루탐산, GABA, 글라이신 / 아민 계열: 도파민, 세로토닌, 노르에피네프린 / 펩타이드 계열: 엔케팔린, 서브스턴스 P / 가스형: NO(일산화질소) / 지질형: 엔도카나비노이드으로 나뉩니다.다만 신경전달물질 대부분은 ‘극성’ 분자입니다 대부분의 신경전달물질은 수용체에 결합해야 하고, 시냅스에서 물에 잘 녹아야 하는데요 시냅스는 수성 환경이므로, 신경전달물질은 대체로 극성을 가져야 정상적으로 작동할 수 있습니다. 예를 들어, 아세틸콜린은 하전된 콜린기 포함 하기 때문에 극성이 강하며 도파민, 세로토닌은 여러 하이드록실기/아민기를 포함하여 극성을 나타냅니다. 즉, 신경전달물질 중 무극성 분자는 거의 없습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
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밤에 잘때 불을 끄고 자는 것이 좋다고 하는데 과학적인 증거가 뭔가요??
안녕하세요.밤에 불을 끄고 자는 것이 좋다고 알려진 이유는 단순한 생활 습관이 아니라, 실제로 인체의 생리 리듬, 호르몬, 뇌 기능에 직접적인 영향을 주기 때문입니다.사람의 뇌는 밤에 어두워지면 송과체에서 멜라토닌이라는 수면 호르몬을 분비하는데요 이 호르몬은 졸음을 유도하고 숙면을 돕는 역할을 하는데, 빛이 조금이라도 들어오면 분비량이 줄어들거나 지연됩니다. 특히 청색광은 멜라토닌 억제력이 가장 강하며, 검은색에 가까운 어둠에서 멜라토닌이 가장 온전히 분비되는 것이 확인되었습니다.또한 우리 몸의 24시간 생체 시계는 시신경을 통해 들어오는 빛 정보를 이용해 지금 낮인지, 밤인지를 판단하는데요, 연구에 따르면 10 lux 이하의 아주 약한 조명, 예를 들어서 스마트폰 화면 밝기의 약 1/10 수준조차 생체 시계를 미세하게 늦추거나 깨뜨릴 수 있습니다. 이렇게 되면 아침에 깨기 어렵고, 밤에 잠들기 힘들며, 피로감이 지속되는 등 리듬이 흐트러집니다.또한 깊은 수면은 뇌세포 청소, 기억 정리, 피로 회복에 중요한 단계인데, 주변 빛이 있으면 이 단계에 진입하는 시간이 줄어듭니다. 즉, 자는 시간 자체는 충분하지만 질 좋은 수면이 되지 않는 문제가 생깁니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.30
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플라나리아의 재생에 관해서 질문합니다
안녕하세요.질문해주신 플라나리아는 몸에 분포한 다량의 줄기세포를 이용해 머리, 신경절, 소화기관 등 거의 모든 조직을 재생할 수 있는 동물로, 몸을 여러 조각으로 나누면 각 조각이 새로운 개체로 완성될 정도로 높은 재생 능력을 보이는 생물체입니다.이때 플라나리아의 기억이 어떻게 되는가에 대한 연구가 과거에 여러 차례 있었는데, 결론적으로는 잘린 조각 모두가 원래의 기억을 그대로 공유한다고 보기는 어렵습니다. 플라나리아의 학습 기억은 주로 머리 부위의 신경절과 신경망에 저장되는 것으로 알려져 있으며, 몸통이나 꼬리 부분에는 기억 회로가 충분히 존재하지 않는 것으로 이해되고 있습니다.실제로 일부 실험에서는 학습된 행동을 가진 플라나리아를 머리 부분과 분리하여 재생시키면, 머리가 남아 있는 조각은 어느 정도 기존 학습을 유지하는 경향이 있지만, 머리가 없던 부분에서 새로 형성된 신경계는 학습을 다시 획득해야 하는 것처럼 보이는 결과들이 보고되었습니다. 과거에는 몸 전체에 기억 흔적이 남아 있어 재생된 플라나리아도 기억을 공유한다는 논쟁적인 결과도 있었지만, 이후 연구들은 이러한 결과가 실험 설계 문제나 과장된 해석일 가능성이 높다고 결론짓고 있습니다.따라서 현재의 과학적 견해는 플라나리아가 재생을 통해 새로운 머리와 신경계를 만든 경우, 원래 개체의 기억이 그대로 복제되어 여러 개체에 분산되는 현상은 일어나지 않는다는 쪽에 가깝습니다. 다만 플라나리아는 학습 능력과 재생이라는 독특한 특성을 동시에 가진 동물이므로, 기억 저장 방식이 일반적인 동물과 완전히 동일하다고 단정할 수는 없으며, 이를 밝히기 위한 연구가 계속 진행되고 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.29
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곤충도 고통을 느끼나요 왠지 못느낄거 같이 보이긴 하는데
안녕하세요.곤충은 인간이나 포유류처럼 복잡한 대뇌 피질을 갖고 있지 않기 때문에, 인간이 말하는 의식적인 고통이나 극심한 고통의 정서적 경험을 동일하게 느끼지는 않는 것으로 이해되고 있습니다. 다만 곤충은 생존을 위해 해로운 자극을 감지하는 통각 체계를 분명히 가지고 있어, 뜨거움이나 압력,조직 손상 같은 자극을 감지하면 도망치거나 회피하는 행동을 보입니다. 이러한 반응은 신경 회로가 자동적으로 작동한 결과로 해석되며, 고등 동물에서 나타나는 괴롭다, 아프다와 같은 감정적이거나 주관적 고통 경험과는 구별됩니다. 최근 연구에서는 일부 곤충에서 학습, 기억, 스트레스 반응 등 비교적 복잡한 행동이 관찰되어 단순한 기계적 반사는 아니라는 의견도 제시되고 있으나, 여전히 이들이 인간이나 다른 척추동물처럼 고통을 정신적으로 느낀다고 확정하기에는 근거가 충분하지 않습니다. 따라서 현재 과학계는 곤충이 유해 자극을 감지해 회피하는 능력은 명확히 갖고 있지만, 이를 인간과 같은 수준의 고통 경험과 동일시하기는 어렵다는 쪽에 무게를 두고 있습니다. 다만 종에 따라 신경계 구조와 행동이 다양하므로, 윤리적 연구에서는 가능한 한 불필요한 자극을 줄이려는 방향이 권장되고는 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.29
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전사 시에는 RNA 중합효소만 있으면 되는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요.RNA 전사 과정에서는 DNA 복제와 달리 RNA 중합효소 자체가 이중가닥 DNA를 열고 주형 가닥을 읽을 수 있는 구조적, 효소적 능력을 함께 가지고 있기 때문에, 별도의 헬리카아제나 SSB 단백질과 같은 보조 효소가 필수적으로 요구되지 않습니다.RNA 중합효소는 DNA에 결합하는 순간부터 특정 부위를 비틀어 국소적으로 이중나선을 분리하고, 약 12~14염기 정도의 작은 전사 버블을 스스로 유지할 수 있습니다. 이 정도의 열림이면 RNA 합성이 충분히 진행되므로 DNA 복제처럼 대규모의 지속적 개방이 필요하지 않습니다. 또한 전사는 DNA 한 가닥만을 읽어 짧은 구간에서 RNA를 합성하기 때문에, 두 가닥이 계속해서 노출되지 않아도 되고, 이를 보호하기 위한 SSB 단백질도 요구되지 않습니다.반면 DNA 복제는 게놈 전체를 정확히 복제해야 하므로 매우 긴 범위의 이중가닥을 지속적으로 풀어야 하고, 두 가닥이 동시에 주형으로 사용되기 때문에 안정한 단일가닥 상태를 유지할 필요가 있어 여러 보조 단백질이 필요합니다. 특히 복제는 빠른 속도로 진행되므로 헬리카아제가 지속적이고 강력하게 DNA를 풀어줘야 하고, 노출된 단일가닥 DNA는 쉽게 재결합하거나 분해될 위험이 있어 SSB 단백질이 이를 안정화해야 할 필요가 있습니다.이와 달리 전사는 비교적 느리게 진행되며, 필요한 부분만 선택적으로 열리고 닫히므로 RNA 중합효소의 기본 기능만으로도 충분히 이중나선을 부분적으로 열어 주형을 읽고 RNA를 합성할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.28
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메신저 RNA가 리보솜에 결합할 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. mRNA가 리보솜에 결합하는 것은 특정 염기서열 인식과 구조적 상보성 때문인데요, 번역의 시작은 단순히 RNA가 리보솜에 붙는 것이 아니라, 리보솜 소단위체가 특정한 RNA 서열을 선택적으로 인식할 수 있는 구조와 전하 특성을 갖고 있기 때문입니다.즉, 리보솜은 아무 RNA나 붙는 것이 아니라 번역 개시 신호를 포함한 mRNA를 화학적, 입체적으로 인식하여 결합합니다.원핵세포와 진핵세포는 결합 원리가 다른데요 원핵세포는 샤인–달가노 서열에 의해 결합하며 원핵생물의 mRNA는 번역 시작코돈(AUG) 앞에 AGGAGG 형태의 Shine–Dalgarno(SD) 서열을 가지고 있습니다. 리보솜 30S 소단위체의 16S rRNA 말단부에는 이 SD 서열과 상보적인 염기서열이 존재합니다. 두 서열이 상보적으로 짝을 이루며 직접 결합하며 mRNA가 리보솜 소단위체에 정확한 위치로 고정되고 시작코돈이 P자리에 정확히 정렬되면서 번역이 시작됩니다. 즉, RNA끼리의 상보적 결합이 리보솜 결합의 핵심입니다.진핵세포에서는 5’ cap 인식에 의해 결합하는데요, 진핵 mRNA는 앞쪽에 7-methylguanosine cap(5’ cap)을 가지고 있습니다. 이 캡 구조는 리보솜이 직접 읽는 것이 아니라 먼저 eIF4F 복합체(특히 eIF4E)가 인식합니다. eIF4E가 5’ cap에 특이적으로 결합하며 eIF4G, eIF4A 등이 결합하며 개시 복합체 형성하고, 이 복합체가 40S 리보솜 소단위체를 불러오며 리보솜이 5’→3’ 방향으로 이동하며 처음 만나는 AUG에서 번역 개시합니다. 즉 결합 원리는 SD 서열처럼 염기 상보성이 아니라,특정 화학적 구조(5’ cap)를 인식하는 단백질–RNA 상호작용입니다.마지막으로 리보솜 자체의 구조적 특징도 결합을 가능하게 하는데요, 리보솜의 rRNA와 단백질은 mRNA가 지나가는 mRNA 결합 홈을 형성하고 있어 음전하를 띤 RNA가 안정적으로 놓일 수 있도록 전기적, 입체적 환경을 제공합니다. rRNA는 양전하를 띠는 아미노산 잔기(리신, 아르기닌 등)를 많이 포함하고 있기 때문에 음전하의 mRNA와 전기적 인력 형성합니다. 이때 입체 구조가 mRNA가 한 가닥 형태로 지나가도록 최적화합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.28
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진핵의 RNA 중합 효소별 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 질문해주신 진핵세포는 복잡한 유전자 조절 체계를 갖추고 있기 때문에 서로 다른 종류의 RNA를 합성하기 위해 RNA 중합효소 I, II, III의 세 가지 종류를 사용합니다. 이들 효소는 구조적 특성, 인식하는 프로모터, 필요한 전사인자, 생성하는 RNA 종류가 모두 다르기 때문에 자연스럽게 역할이 분업되어 있는데요, 먼저 RNA 중합효소 I은 핵소체에서 주로 작동하며 rDNA 반복 유전자의 특수한 프로모터만을 인식해 18S, 5.8S, 28S rRNA로 이어지는 45S rRNA 전구체를 전사합니다. rRNA는 세포 내 RNA의 대부분을 차지하기 때문에 이 효소는 빠르고 효율적인 전사에 최적화되어 있습니다.다음으로 RNA 중합효소 II는 세 효소 중 가장 복잡한 구조를 가지고 있으며 특히 CTD라는 독특한 꼬리 구조가 있어 전사 개시, 신장, 종결뿐 아니라 mRNA의 5’ 캡 형성, 스플라이싱, poly(A) tail 부착과 같은 후처리까지 조절합니다. 이 효소는 다양한 프로모터를 직접 인식하지 못하기 때문에 TFIIA, TFIIB, TFIID 등 여러 기본 전사인자의 도움을 받아 단백질 코딩 유전자에서 mRNA를 전사합니다. 또한 대부분의 miRNA, snoRNA, snRNA 일부도 이 효소에 의해 전사됩니다.마지막으로 RNA 중합효소 III는 짧고 반복적인 구조를 지닌 RNA를 전사하는 데 특화되어 있으며 tRNA, 5S rRNA, 그리고 몇 가지 소형 RNA를 생성합니다. 이 효소가 작동하는 유전자들은 독특하게도 프로모터가 유전자 내부에 존재하는 경우가 많아, TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC 같은 특수한 전사인자를 통해 정확히 표적 유전자에 결합합니다. 이러한 차이들 때문에 각 RNA 중합효소는 서로 다른 종류의 RNA만을 선택적으로 합성하며, 전사 과정의 세부 조절 방식 또한 효소별로 다르게 이루어집니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.28
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물고기는 혁 없는지, 맛은 어떻게 느끼는지 궁금해여?
안녕하세요.물고기에게도 혀에 해당하는 구조가 있습니다만 우리가 알고 있는 포유류의 혀와는 형태와 기능이 크게 다릅니다.대부분의 물고기는 입 안 바닥에 바소히알이라는 단단한 연골성 구조를 가지고 있는데, 이것이 일종의 혀 역할을 합니다. 하지만 포유류처럼 자유롭게 움직이지 못하고 미각돌기가 잘 발달한 형태도 아니며 음식물을 혀로 조작하거나 삼키는 데 크게 관여하지 않습니다. 즉, 혀가 있긴 하지만 포유류의 혀처럼 맛을 느끼고 음식물을 굴리는 도구는 아닙니다. 즉 고래처럼 큰 혀를 가진 포유류 해양동물과는 완전히 다릅니다.하지만 물고기는 미각을 충분히 느낄 수 있습니다. 다만 미각 기관의 위치가 매우 독특합니다. 물고기는 입 안뿐 아니라 몸 전체에 미각 수용체가 존재하기도 하며 특히나 많은 어류는 미각세포를 가지고 있습니다. 예시로 메기는 몸 전체에 10만 개 이상의 미각 수용체가 있습니다.물고기의 미각은 먹이를 감지하는 데 매우 중요한데요 먹이에서 나오는 아미노산, 소화 가능한 단백질 조각, 부패물의 냄새 성분, 유기물 용질 이런 것들을 물속에서 곧바로 감지하여 먹이를 찾습니다. 즉, 혀가 발달하지 않아도 미각은 강력합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.28
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클레나우절편은 어떻게 얻을 수 있으며 기능은 무엇인가요?
안녕하세요. DNA polymerase I은 원래 두 가지 절단 활성을 갖는 큰 효소아데요 5’→3’ 엑소뉴클레아제 활성과 3’→5’ 엑소뉴클레아제(교정) 활성, 5’→3’ 중합효소 활성 기능입니다. 이중에서 클레나우 절편은 5’→3’ 엑소뉴클레아제 영역이 제거된 형태입니다.과거에는 프로테아제인 subtilisin으로 Pol I을 단백질 분해하면 아래와 같은 조각이 만들어졌습니다. 큰 단편(70 kDa)을 Klenow fragment이라고 하며 작은 단편(35 kDa)은 5’→3’ 엑소뉴클레아제 영역입니다. 즉, 원래의 Pol I을 부분적으로 단백질 분해하여 5’→3’ 절단 영역만 떼어내고, 나머지 중합효소 + 3’→5’ 교정 기능이 남아 있는 조각을 클레나우 절편이라 부르는 것입니다. 최근에는 실험에서 단백질 분해 대신 유전자 조작(변이 도입)을 통해 동일한 부분만 제거한 형태의 Klenow를 주로 사용하기도 합니다.즉 클레나우 절편은 두 가지 특징적 능력만 유지한 Pol I의 변형체인데요, 5’→3’ 중합효소 활성 유지 기능을 가지며 DNA를 새로운 방향으로 합성할 수 있습니다. 또한3’→5’ 교정(exonuclease) 활성으로 잘못 붙은 뉴클레오타이드를 뒤로 돌아가 제거할 수 있으므로 합성 정확도가 높습니다. 반면에 5’→3’ 엑소뉴클레아제 없습니다. 따라서 DNA 앞쪽을 제거하면서 진행하는 능력은 없고 이 점 때문에 닉을 확장하는 nick translation 활동이 불가능합니다. 그래서 원래 Pol I과는 기능이 확실히 구분됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.27
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DNAa와 헬리카아제는 어떻게 다른가요?
안녕하세요.DNA 복제에서 DNAa와 헬리카아제는 역할과 작동 시점이 완전히 다릅니다. DNA 복제가 시작되기 위해서는 먼저 복제 시작점 부위가 열려야 하는데, 이 단계에서 DNAa 단백질이 핵심 역할을 합니다. 즉 DNAa는 프로모터나 효소가 아니라 초기 개시 조절자로서, 복제 시작점에 존재하는 특정한 염기서열에 결합하여 그 구간의 이중가닥을 느슨하게 만들고 첫 개시 틈을 형성합니다.반면에 헬리카아제는 복제가 시작된 뒤 실제로 이중나선을 지속적으로 풀어주는 효소인데요, 헬리카아제는 ATP 에너지를 사용하여 두 가닥 사이의 수소결합을 끊으면서 복제포크를 따라 전진하고, 그 뒤를 DNA polymerase 등이 따라오면서 새로운 가닥을 합성하게 됩니다. 따라서 헬리카아제는 복제 과정 전체에서 DNA를 계속 열어주는 모터 단백질이라고 할 수 있습니다.즉 DNA 복제를 위해선 둘 다 필요한데요, DNAa가 먼저 복제 시작점을 살짝 열어 문을 여는 역할을 하고, 헬리카아제가 그 틈으로 들어가 DNA 전체를 계속해서 열어주는 역할을 합니다. DNAa만으로는 전 과정을 감당할 수 없고, 헬리카아제는 스스로 시작점을 여는 능력이 부족하기 때문에 두 단백질이 협동해야 DNA 복제가 안정적으로 진행됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.11.27
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