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텔로미어가 짧아지는 것은 노화와 어떤 관련이 있나요?
네, 질문해주신 것과 같이 일반적으로 TTAGGG 반복 서열이 수천 회 반복된 구조인 텔로미어(telomere)는 염색체 말단에 존재하는 반복 DNA 서열로, 염색체를 보호하고 세포 분열 과정에서 안정성을 유지하는 중요한 역할을 합니다. 텔로미어가 짧아지는 것과 노화의 관계는 세포 분열과 DNA 복제 메커니즘과 밀접하게 연결되어 있습니다. 우선 주된 역할은 크게 두가지인데요, 첫번째는 염색체 말단 보호로 염색체 끝이 손상되거나 서로 붙는 것을 방지하며 두번째는 복제 시 손실 방지로 DNA 복제 과정에서 DNA 중합효소가 말단 끝을 완전히 복제할 수 없기 때문에, 텔로미어가 버퍼 역할을 하게 됩니다. DNA 복제 과정에서 DNA 중합효소는 5'→3' 방향으로만 DNA를 합성할 수 있는데요 이 때문에 선도가닥은 문제없이 복제되지만, 지연가닥은 RNA 프라이머를 제거하면 말단의 일부 DNA가 복제되지 않습니다. 결과적으로 매 세포 분열마다 텔로미어가 조금씩 짧아지게 됩니다. 텔로미어가 너무 짧아지면 세포는 더 이상 분열할 수 없는 상태, 즉 세포 노화 상태에 들어가는데요, 이는 염색체 말단이 손상된 것으로 인식되어 DNA 손상 반응이 활성화되고 세포주기는 G1/S 체크포인트에서 정지되기 때문입니다. 따라서 대부분 정상 체세포에서는 텔로미어가 점차 단축되며, 세포 분열 횟수 제한이 존재합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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진핵세포에서 인트론은 어떤 역할을 수행하나요?
진핵세포의 유전자에서 인트론은 단백질을 직접 암호화하지 않지만, 유전자의 기능과 발현 조절에 중요한 역할을 수행하는데요, 우선 인트론은 엑손 사이에 존재하는 비암호화 서열입니다. 전사후, 초기 전사 산물인 pre-mRNA에는 엑손과 인트론이 모두 포함되는데요, 이후 스플라이싱 과정에서 인트론이 제거되고 엑손만 이어져 성숙한 mRNA가 됩니다.인트론의 주된 기능은 선택적 스플라이싱 조절인데요, 하나의 유전자로 여러 종류의 단백질을 만들 수 있게 해줍니다. 이로 인하여 엑손의 일부를 포함하거나 제외함으로써 다양한 단백질 형태를 생성할 수 있으며, 이는 진핵생물의 복잡한 기능과 조직 특이적 발현을 가능하게 합니다. 또한 전사 조절의 기능이 있는데요, 일부 인트론은 전사 인자 결합 부위를 포함하여 유전자의 발현 수준을 조절하며 유전자 발현이 세포 종류, 발달 단계, 환경 조건에 따라 적절하게 조절되도록 기여합니다. 마지막으로 인트론은 mRNA 구조 형성에 기여하고, 핵에서 세포질로 이동할 때의 안정성을 높이는 역할을 할 수 있습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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원핵세포가 가지고 있는 폴리리보솜의 장점은?
원핵세포가 가진 폴리리보솜 구조는 단백질 합성 효율과 속도 측면에서 매우 중요한 장점을 제공할 수 있는데요, 폴리리보솜은 하나의 mRNA에 여러 개의 리보솜이 동시에 결합하여 병렬로 단백질을 합성하는 구조입니다. 원핵세포에서는 핵이 따로 없기 때문에 전사와 번역이 동시에 일어나는데요 즉, DNA에서 mRNA가 만들어지는 즉시 그 mRNA를 리보솜이 붙잡고 단백질을 합성할 수 있습니다. 이때 원핵세포는 환경 변화에 매우 민감한데요, 폴리리보솜을 사용하면 하나의 mRNA에서 여러 개의 단백질 사슬을 동시에 합성할 수 있어, 단백질 생산 속도가 매우 빠릅니다. 이는 세포가 환경 변화에 신속하게 대응해야 하는 원핵생물의 생존 전략과 맞물리는 것입니다. 또한 하나의 mRNA를 여러 번 읽어 단백질을 만들기 때문에, mRNA 분자를 반복적으로 재사용할 수 있어 효율적인데요, 반면에 진핵세포는 핵과 세포질이 분리되어 있고, mRNA 처리가 필요하므로 번역 시작까지 시간이 더 걸립니다. 즉 원핵세포는 세포 내 구조가 단순하고 핵이 없어 전사-번역 연속 과정이 가능하며 따라서 mRNA가 만들어지는 즉시 단백질이 합성되며, 폴리리보솜 구조 덕분에 동시에 여러 단백질이 생산되어 신속한 반응이 가능합니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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인간이 약 2만 여개의 유전자를 가지고 있다는 사실은 어떻게 알아냈나요?
네 질문해주신 것처럼 인간이 약 2만여 개의 유전자를 가진다는 사실은 인간 게놈 프로젝트와 그 후속 연구를 통해 밝혀졌습니다. 1990년에 시작된 인간 게놈 프로젝트는 인간의 DNA 전체 약 30억 염기쌍을 해독하는 것을 목표로 했고, 2003년에 초안이 완성되었는데요 연구자들은 DNA를 잘게 쪼개어 서열을 해독한 뒤 컴퓨터로 이를 퍼즐처럼 이어 붙이는 방식으로 전체 게놈을 재구성했으며, 이후에는 차세대 염기서열 분석 기술을 활용해 더 빠르고 정밀한 해독이 가능해졌습니다. 그러나 단순히 염기서열을 읽는 것만으로는 유전자의 개수를 알 수 없기 때문에, 실제 단백질로 번역될 수 있는 구간을 찾는 오픈 리딩 프레임 분석, 세포에서 발현되는 mRNA를 직접 시퀀싱하는 전사체 분석, 그리고 다른 동물과의 비교를 통한 보존된 유전자 영역 탐색과 같은 다양한 방법을 동원해 유전자를 판별했습니다.처음에는 인간에게 10만 개 이상의 유전자가 있을 것이라 예상했지만, 실제 분석 결과 단백질을 암호화하는 유전자는 예상보다 훨씬 적었으며 현재는 약 2만~2만 1천 개 정도로 추정하게 된 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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지금 유라시아 지역의 인류는 어디서 오게 된걸까요
현생 인류라고 불리는 호모 사피엔스는 약 20만~30만 년 전 아프리카에서 처음 등장했는데요, 화석 기록과 유전체 연구 모두 현생 인류는 아프리카 기원임을 지지하며 이를 아프리카 기원설이라고 합니다.약 6만~7만 년 전, 일부 호모 사피엔스 집단이 기후 변화와 자원 부족을 계기로 아프리카를 떠나 중동으로 이동했으며 이들은 다시 여러 갈래로 퍼져나갔습니다. 유럽에서는 네안데르탈인과 접촉 및 교배하면서 현생 인류가 점차 유럽 전역으로 확산했으며 아시아에서는 남아시아와 동남아시아 거쳐 중국, 시베리아, 그리고 결국 한반도·일본까지 확산되었고 일부 집단은 베링 육교를 건너 아메리카 대륙으로 진출했습니다.이동한 인류 집단은 현지 환경에 맞추어 자연선택을 거쳤는데요 추운 북유럽과 시베리아에서는 밝은 피부, 추위 적응 대사를 중앙아시아에서는 목축·유목 생활과 젖소 이용에 따른 유당 분해 능력이 발달했으며 동아시아에서는 전분 식단에 맞춘 아밀라아제 효소 증가가 나타났습니다. 또한 유라시아로 들어간 호모 사피엔스는 네안데르탈인, 데니소바인과 교배하여 일부 유전자를 물려받았는데요, 지금도 유라시아인 유전체의 1~3% 정도는 이들과의 혼혈 흔적입니다. 이 유전자들은 면역력이나 환경 적응에 기여한 것으로 추정됩니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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앵무새나 구관조는 왜 주위 목소리를 따라하나요?
질문해주신 것처럼 앵무새나 구관조가 사람의 목소리나 주변의 소리를 따라 하는 이유는 이들의 본능적인 의사소통 습성과 관련이 있습니다. 앵무새와 구관조는 무리를 이루어 생활하는 사회적 동물인데요, 이들은 개체 간의 유대감을 유지하고, 집단 정체성을 확인하며, 개별 개체를 식별하기 위해 매우 복잡한 소리를 사용합니다. 따라서 서로의 소리를 흉내 내는 능력은 집단 내에서 소속감을 강화하고 관계를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.또한 앵무새 무리에서는 개체마다 고유의 이름과 같은 소리가 있는데요 다른 개체가 그 소리를 반복해서 불러 주면, 이는 마치 이름을 불러주며 교류하는 것과 같은 효과를 냅니다. 이런 습성 때문에, 사람과 함께 사는 앵무새는 사람의 말을 모방함으로써 자신이 그 무리에 속해 있다고 표현하는 셈입니다. 특히 앵무새와 구관조는 보이스러닝능력을 가진 몇 안 되는 동물인데요 사람과 유사하게 청각 피드백을 통해 들은 소리를 기억하고 발성 근육을 정교하게 조절해 재현할 수 있습니다. 따라서 주변의 어떤 소리든 언어로 인식해 따라 할 수 있는 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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식물도 스트레스에 따라 성장이나 개화에 변화가 생기나요??
네, 질문해주신 것처럼 식물이 동물처럼 신경계를 가지고 있는 것은 아니지만, 외부 환경의 변화에 반응하여 성장과 발달을 조절하는 스트레스 반응 체계를 가지고 있습니다. 식물이 받는 스트레스는 크게 비생물적 요인과 생물적 요인으로 나눌 수 있는데요, 우선 비생물적 스트레스로는 가뭄, 염분, 온도, 빛 부족, 중금속 등이 있으며 생물적 스트레스로는 병원균, 해충, 기생 식물의 공격 등이 있습니다. 또한 식물은 신경이 없지만, 호르몬과 신호전달물질을 이용해 스트레스에 반응하는데요, ABA(앱시스산)은 가뭄 시 잎의 기공을 닫아 수분 손실을 줄이며 에틸렌은 스트레스가 심할 때 조기 노화나 잎 떨어짐을 유도하고 살리실산, 자스몬산은 병원체나 해충에 대한 방어 반응을 활성화하며 활성산소(ROS)는 세포 내에서 신호 분자로 작용하여 방어 유전자 발현을 유도합니다. 스트레스가 나타나는 방식을 예를 들자면 가뭄이나 염분 스트레스를 받을 경우에는 뿌리 발달 촉진, 지상부 성장은 억제되며, 빛이 부족할 경우에는 줄기가 길게 웃자라고, 영양분이 부족할 경우에는 잎이 작아지거나 색이 연해집니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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호두가 뇌모양과 매우 흡사한 것은 우연일까요?
네, 말씀해주신 것처럼 호두의 알맹이가 뇌와 유사한 모양을 하고 있다는 점은 많은 사람들이 오래전부터 주목해 왔고, 심지어 옛날에는 닮은 것은 닮은 기관에 좋다라는 전통적 사상으로 인해 호두가 뇌 건강에 좋다고 믿어지기도 했는데요, 하지만 과학적인 관점에서 보자면 호두와 뇌가 닮은 것은 우연적 결과라고 보는게 맞습니다. 호두의 표면이 울퉁불퉁하고 좌우 대칭처럼 보이는 것은 씨를 보호하는 단단한 껍질 속에서 배유가 자라는 과정의 산물인데요 즉 씨앗이 발달할 때, 제한된 공간 안에서 효율적으로 부피를 채우려는 구조적 압력 때문에 구불구불한 주름이 생깁니다. 따라서 뇌의 주름처럼 정보 처리 때문이 아니라, 단순히 성장 공간의 제약과 조직의 발달 패턴 때문에 비슷한 주름진 모양이 나온 것입니다. 또한 인간 뇌의 주름도 사실상 비슷한 물리학적 원리로 설명할 수 있는데요 대뇌 피질은 표면적을 넓혀 더 많은 신경세포를 수용하려고 성장하는데, 두개골이라는 제한된 공간 때문에 안쪽으로 말려 들어가며 주름이 생깁니다. 따라서 호두와 뇌가 비슷해 보이는 이유는, 제한된 공간 속에서 연조직이 발달하며 생기는 주름 구조가 물리적으로 닮았기 때문입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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호모 사피엔스는 왜 당뇨와 탈모가 없는 건가요?
말씀하신 호모 사피엔스에게 원래는 당뇨나 탈모가 없었는데, 네안데르탈인과 섞이면서 그런 질환이 들어왔다는 이야기는 유전체 분석 연구에서 나온 해석 중 하나입니다. 우선 호모 사피엔스는 약 30만 년 전 아프리카에서 등장해 전 세계로 퍼진 인류이며 네안데르탈인은 약 40만 년 전부터 유럽과 서아시아에 살았던 인류의 또 다른 종으로, 약 4만 년 전 사라졌습니다. 즉, 두 종은 완전히 다른 종은 아니어서, 중간에 여러 차례 교배가 있었고 오늘날 비아프리카인들의 유전체에 약 1~2% 정도 네안데르탈인 DNA가 남아 있습니다.이때 네안데르탈인에게서 유입된 일부 유전자는 오늘날 인간의 면역 반응, 피부·머리카락 특성, 대사 과정 등에 영향을 주게 되는데요 예를 들어, 어떤 네안데르탈인 유전자는 당 대사와 면역 기능을 조절하는데, 이는 빙하기 같은 환경에서 유리했을 수 있습니다. 하지만 현대의 풍족한 식단에서는 제2형 당뇨병 위험을 높이는 요인이 될 수 있습니다. 또 다른 일부 변이는 모발 성장 주기와 관련되어 탈모 경향에 영향을 준다고 보고된 바 있습니다. 따라서 사실 호모 사피엔스에게는 전혀 없었다라기보다는, 해당 질환에 취약하게 만드는 유전자 변이가 상대적으로 적었다는 의미에 가깝습니다. 즉, 원래 현생 인류 집단에도 다양한 유전자 변이가 있었지만, 네안데르탈인과의 교잡으로 들어온 변이들이 오늘날 특정 질환의 위험 요인으로 작용하게 된 것입니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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남을 돕는 의로은 행동 요즘시대에 맞을까요?
인간은 사회적 동물이기 때문에, 서로 협력하고 돕는 행동은 집단의 생존을 높이는 데 크게 기여해 왔습니다. 진화론적 관점에서 보면, 타인을 돕는 행위는 집단의 신뢰와 결속을 강화하고, 궁극적으로 나 자신과 내 후손의 생존 가능성도 높이는 전략이 될 수 있습니다.하지만 오늘날에는 119 구조대, 경찰, 안전 시설 등의 법적, 제도적 안전망이 마련되어 있기 때문에, 무조건적인 자기희생은 예전보다 덜 요구됩니다. 그러나 여전히 위급한 순간에 타인을 돕는 행동은 사회적 가치로 높이 평가되며, 공동체 신뢰를 유지하는 중요한 요소입니다. 그러나 말씀해주신 것처럼 말씀하신 사례처럼, 도움을 주려다 본인이 목숨을 잃는 경우도 있습니다. 이는 매우 안타까운 일이지만, 동시에 그 행동의 숭고함을 사회는 인정합니다. 하지만 현대 사회에서는 용기 있는 행동과 함께 자기 안전을 고려하는 지혜도 필요한데요, 따라서 예를 들어 물에 빠진 사람을 구할 때, 수영 능력이 부족하다면 직접 뛰어드는 대신 구조 요청, 도구 사용이 더 바람직할 수 있겠습니다. 감사합니다.
학문 / 생물·생명
25.09.08
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