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생물·생명
Q. DNA의 복제 방식이 반보존적 복제라는 것은 어떻게 증명할 수 있나요?
DNA 복제 방식이 반보존적이라는 사실은 메셀슨-스탈 실험을 통해 증명되었습니다.이 실험의 핵심은 질소의 무거운 동위원소인 N-15과 가벼운 동위원소인 N-14를 이용해 DNA를 표지하는 것이었습니다.먼저, 대장균을 N-15배지에서 여러 세대 배양하여 모든 DNA를 무겁게 만들었습니다. 그런 다음, 이 대장균을 N-14배지로 옮겨 1세대 동안 복제시켰습니다. 이때 추출한 DNA를 원심분리한 결과, 무거운 DNA와 가벼운 DNA의 중간 밀도에 해당하는 밴드가 하나만 나타났습니다.이 결과는 보존적 복제 가설을 반박한 것이었죠.이어서 2세대 동안 추가로 복제시키자, 중간 밀도 밴드와 함께 가벼운 DNA 위치에 새로운 밴드가 나타났습니다.이 결과는 분산적 복제 가설 역시 반박한 결과였습니다.결론적으로, 이 실험은 DNA 복제 시 두 가닥이 분리되어 각각 새로운 상보적 가닥을 만드는 반보존적 복제 방식이라는 것을 증명한 것이었습니다.
생물·생명
Q. 진핵생물의 생식세포는 어떻게 텔로미어서열을 복원하나요?
진핵생물의 생식세포는 텔로머라아제라는 효소를 통해 텔로미어 서열을 복원합니다.텔로머라아제는 대부분의 체세포에서는 비활성화되어 있지만, 생식세포, 줄기세포, 그리고 암세포에서는 활성화되어 텔로미어의 길이를 유지하거나 심지어 늘릴 수도 있습니다.이 효소는 역전사효소의 일종으로, 자체적으로 가지고 있는 RNA 주형을 사용하여 DNA를 합성합니다.텔로머라아제는 짧아진 텔로미어 끝에 결합하여 자신의 RNA 주형을 이용하여 텔로미어 반복 서열(인간의 경우 TTAGGG)을 DNA 3' 말단에 반복적으로 추가하는데, 이 과정을 통해 텔로미어는 원래의 길이로 복원되는 것입니다.또한 생식세포가 텔로머라아제를 통해 텔로미어를 유지하는 것은 다음 세대로 온전한 유전 정보를 전달하는 데 필수적이죠. 만약 텔로미어가 짧아진 채로 다음 세대에 전달된다면, 유전체의 안정성이 떨어지기 때문입니다.
생물·생명
Q. 원핵의 DNA 복제 과정에서 지연가닥 합성 시 DNA polymerase 1이 필요한 이유는?
결론부터 말씀드리면 오카자키 절편을 연결하기 위해 RNA 프라이머를 제거하고 그 자리를 DNA로 채워야 하기 때문입니다.DNA 중합효소3은 DNA를 합성하는 주요 효소이긴 하지만, 오카자키 절편을 시작하는 짧은 RNA 프라이머를 제거하는 기능이 없습니다. 이 프라이머는 DNA 중합효소1의 5'에서 3' 방향 핵산분해효소 활성에 의해 제거되는데, 프라이머가 제거된 빈자리는 DNA 중합효소1이 새로운 DNA 뉴클레오타이드를 추가하여 채우는 것이죠.이 과정을 통해 불연속적인 오카자키 절편들이 하나의 연속적인 DNA 가닥으로 연결될 준비가 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 백색소음이 왜 집중력에 도움이 되는건가요?
백색 소음이 어느정도 집중력에 도움이 되는 이유는 예측 불가능한 소리를 덮어주는 효과 때문입니다.뇌는 주변에서 발생하는 갑작스럽고 불규칙적인 소리에 민감하게 반응하여 주의를 분산시킵니다. 이러한 소리들은 뇌의 편도체와 청각 피질을 활성화시켜 본래 하던 작업에 대한 집중을 방해하는 것입니다.하지만, 백색 소음은 모든 주파수 대역에 걸쳐 균일하고 일정한 소리를 내기 때문에, 뇌가 이를 새로운 정보로 인식하지 않고 무시하도록 합니다. 이 과정에서 백색 소음은 주변의 불규칙한 소리들을 덮어주는 마스킹 효과를 가지는 것입니다. 다시 말해 백색 소음이 주변의 불필요한 소음들을 가려줌으로써 뇌가 처리해야 할 정보량을 줄여주는 것입니다.결과적으로, 뇌는 불필요한 자극을 차단하고 인지적 부담이 줄어 하고 있는 작업에 더 깊이 몰입할 수 있게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. DNA만을 순수 분리하고자 할 때 알칼리 분해법을 사용할 수 있는 이유는 무엇인가요?
결론부터 말씀드리면 RNA는 알칼리 조건에서 쉽게 분해되지만, DNA는 상대적으로 안정하기 때문입니다.그리고 이 차이는 두 핵산의 화학 구조 때문입니다.RNA는 리보오스라는 당을 가지고 있으며, 이 당의 2' 위치에 히드록실기(-OH)가 존재합니다. 이 히드록실기는 알칼리 환경에서 인접한 인산다이에스터 결합을 공격하여 RNA 가닥을 여러 조각으로 절단합니다.반면, DNA의 당인 디옥시리보오스는 2' 위치에 히드록실기가 없고 수소(-H)만 존재합니다. 이로 인해 알칼리가 공격할 수 있는 표적이 없어 DNA의 인산다이에스터 결합은 안정적으로 유지되는 것입니다.
생물·생명
Q. DNA가 음성초나선일 때 안정화되는 원리는 무엇인가요?
위상 이성질화 효소2는 ATP 가수분해를 통해 에너지를 얻어 DNA 이중나선의 한쪽 가닥을 절단하고 다른 가닥을 그 절단 부위 사이로 통과시켜 다시 연결하는 방식으로 작용합니다. 이 과정은 음성 초나선을 유도하며, DNA의 꼬임 수를 줄이는 효과를 냅니다.그리고 DNA 자이라아제는 ATP를 사용하여 DNA에 에너지를 주입하고, 이 에너지는 DNA가 더 안정적인 초나선 구조로 변형되도록 유도함으로써 장력을 해소하고 DNA를 응축시켜 안정화시키는 것입니다.
생물·생명
Q. DNA 전기영동 시에 초나선일 수록 전기영동이 잘 되는 이유는 무엇인가요?
결론부터 말씀드리면 분자량 대비 부피가 작아 겔 매트릭스를 통과하기 쉽기 때문입니다.DNA 전기영동은 DNA 분자를 크기와 모양에 따라 분리하는 기술입니다.그리고 DNA는 인산기 때문에 음전하를 띠므로, 전기장 내에서 양극을 향해 이동합니다. 이때, DNA 분자가 겔의 미세한 구멍을 통과하는 속도는 분자의 크기와 모양에 따라 달라지게 되는 것입니다.
생물·생명
Q. 일반적으로 디엔에이가 단백질로 발현되기까지의 흐름을 분자 생물학적 중심 원리라고 하는데 이에 반하는 예시가 있을까요?
'레트로바이러스'가 대표적인 예라고 할 수 있습니다.레트로바이러스는 유전 물질로 RNA를 갖고 있어, 숙주 세포에 침투한 뒤 역전사 효소를 이용하여 자신의 RNA를 DNA로 전환합니다. 이렇게 만들어진 DNA는 숙주 세포의 DNA에 삽입되어 마치 숙주 자신의 유전자인 것처럼 복제되고 단백질을 합성하는 데 이용되죠.참고로 이런 대표적인 레트로바이러스로는 에이즈를 유발하는 HIV가 있습니다.
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Q. 전사과정에서 왜 RNA에는 티민 대신에 우라실이 들어가나요?
결론부터 말씀드리면 화학적 효율성과 안정성 때문입니다.RNA에 우라실이 사용되는 가장 중요한 이유는 시토신의 자발적 탈아미노화 때문입니다. 시토신은 자연적으로 탈아미노화되어 우라실로 변하게 되는데, 만약 DNA가 티민 대신 우라실을 가지고 있다면, 시토신이 우라실로 변질되었을 때 DNA 복구 시스템이 정상적인 우라실과 변질된 우라실을 구분하기 어렵게 됩니다. 그래서 유전 정보의 오류가 제대로 수정하지 못할 위험이 있습니다. 그러나 DNA는 티민을 하기 때문에 시토신의 변질로 생긴 우라실을 제거할 수 있습니다.반면, RNA는 단기적인 유전 정보 운반체로서 상대적으로 수명이 짧기 때문에 시토신의 변질로 인한 오류가 DNA만큼 치명적이지 않습니다.게다가 우라실은 티민보다 합성 과정이 더 간단합니다. 티민은 우라실에 메틸기가 추가된 구조인데, 이 메틸기를 추가하는 데에 효소와 에너지가 필요합니다. RNA는 수시로 만들어지고 분해되기 때문에 더 간단한 구조인 우라실을 사용함으로써 에너지를 아낄 수 있습니다.
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Q. 카로티노이드 색소가 활성산소를 제거해주는 원리는 무엇인가요?
카로티노이드는 불포화결합이 많은 긴 탄화수소 사슬을 가지고 있어 전자를 쉽게 내줄 수 있는 구조입니다.이 구조 덕분에 활성산소의 불안정한 전자를 받아 활성산소를 안정화시키는 것입니다.다시 말해 카로티노이드는 산소와 반응하여 산화되는 성질이 강한 물질로, 스스로 산화되면서 다른 분자의 산화를 막아주는 항산화제 역할을 하는 것이죠. 특히 활성산소는 불안정한 홀전자를 가져 주변 물질의 전자를 빼앗아 산화시키려는 경향이 강합니다. 카로티노이드는 공명 구조를 형성하는 이중 결합이 많아 활성산소의 홀전자를 받아들이고, 자신은 활성산소로 변한 후에도 전자가 안정적으로 분산되어 구조적으로 안정하게 유지하는 것입니다.