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필수세포생물학 해답 (essential cell biology solution)

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작성일18-05-08 20:12

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설명

필수 세포 생물학 solution(Ch 1~19)

예시 1장 문제 -
자연도태는 진화를 일으키는 중요한 요인이다. 왜냐하면 어떤 세포가 성장할 때 작은 이점이라도 있으면 경쟁자보다 빨리 자랄 수 있기 때문일것이다 이러한 과정을 이해하기 위해 백만 개의 세균이 있는 세포 배양기를 생각해보자(이 세균들은 20분마다 분열한다). 어떤 세균이 15분 만에 세포분열을 가능하게 하는 돌연변이를 가지게 되었다고 하자. 먹이를 무제한으로 공급하고 세포가 죽는 일도 없다고 가정한다면 이러한 배양기에서 앞서의 돌연변이 된 세균이 우위를 차지하는데 얼마나 걸릴 것인가(계산에 앞서 한 번 생각해보시오. 하루, 1주일, 1달, 1년이 걸릴 것이라고 여겨지는가)? 어느 정도의 세포들이 이 시간에 이 세포배양기에 존재하겠는가?(특정시간 t때에 존재하는 세포 수 N은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다. N = N×2, N는 0시간 때의 세포수를 의미하고 G는 한 세대의 시간, 즉 분열하는 데에 걸리는 시간을 의미한다).

▶ t시간 후 야생형의 박테리아의 개수는 10× 2이고 돌연변이가 일어난 박테리아의 수는 1× 2이다. 돌연변이가 일어난 박테리아가 야생형보다 많아지기 스타트하는 시간을 구하기 위해서는 위 두식을 같게 놓고 t를 구하면 된다된다. 10× 2 = 1× 2를 풀면 t = 1200분(20시간)이다. 이 시간에 배양액은 2×10(= 10× 2 + 1× 2)개의 세포를 포함하고 있고 박테리아 세포 하나당 10g이라면 총 2×10kg이다.


필수 세포 생물학 solution(Ch 1~19)


1,2,3 Translated by J.W
4,6,15 Translated by H.J
5,14 Translated by S.J
7,8,9 Translated by J.J
10,11,12 Translated by T.J
13,19 Translated by H.J
16,17,18 Translated by M.Y
Edited by J.J
All are members of the Study group for 서울대 치의학 대학원
Special Thanks to All members


[1-1] 그림 1-12에서 보듯이 미토콘트리아는 왜 외막과 내막을 모두 가지고 있어야 하는가? 진화적인 면에서 살펴볼 때 이 두 가지 막 중 어느 것이 초기 원시 진핵세포의 원형질막으로부터 由來되었는가? 그림 1-11A 에 나타난 미토콘드리아의 전자 현미경 사진에서 DNA가 있는 공간은 어디인지 즉 그림 1-12에서 초기 원시진핵세포에 의해 세포내부로 유입된 박테리아의 세포기질에 해당하는 공간을 지적하시오.

▶ 외막 : 원시진핵세포의 세포막으로부터 由來한 막
내막 : 호기성 박테리아의 막으로부터 由來된 막
매트릭스 : 원시 호기성 박테리아의 세포질로부터 由來된 공간(DNA 함유)

[1-2] 그림 1-18에서 보는 것처럼 진핵세포는 외부물질을 내부로 수송할 수 있는 정교한 내부막계를 발전시켰다. 그 이점은 무엇인가?

▶ 진핵세포는 food나 particle같은 물질을 삼킴으로써 스스로 살아갈 수 있는 반면 박테리아는 food의 덩어리를 삼킬 수 있는 방법이 딱히 없다. 대신 주변에 있는 food를 분해하는 것을 돕는 물질을 배출할 수 있고 이러한 분해 물질은 주변에 있는 다른 세포들과 함께 공유해야만 한다.

[1-3] 광학현미경과 전자현미경의 상대적인 advantage과 단점에 대해 논해보시오.
(a) 살아있는 표피세포 ▶ 광학현미경
(b) 효모의 미토콘드리아 …(투비컨티뉴드 ) ▶ 전자현미경
(c) 박테리아 ▶ 전자현미경
(d) 미세소관 ▶ 전자현미경
을 각각 잘 observation하려면 어느 현미경이 좋은가?

▶ 광학현미경 : 사용하기 쉽고 장비가 매우 간단하다. 1μm크기 정도의 물체는 쉽게 볼 수 있고 해상도의 최소 한계는 0.2μm인데 이것은 가시광선의 파장 때문에 생기는 광학현미경의 理論적 한계이다. 가시광선은 nondestructive하고 물도 잘 통과할 수 있기 때문에 살아있는 세포를 observation할 수 있다.
전자현미경 : 사용하기 어렵고 샘플이나 장비의 준비가 매우 복잡하다. 세포는 살아있는 상태에서는 observation할 수 없고 그 해상도는 광학 현미경에 비해 훨씬 좋다. 미세소관이나 미토콘드리아, 박테리아 등의 자세한 구조를 보기 위해서는 전자현미경이 필요하다. 다만 광학현미경으로 그것들의 위치정도는 미리 파악할 수 있다.

[1-4] 돌연변이는 전세대로부터 물려받은 유전계획에 alteration(변화) 를 주는 실수라 할 수 있다. 신발공장을 상상해보자. 신발을 만드는 데 계획되었던 원래의 과정에서 실수로 (즉 고의적이지 않은 alteration(변화) 로) 인해 제품의 품질이 향상될 것을 기대할 수 있겠는가? 자신의 답을 나태내시오

▶ 랜덤한 실수는 신발 제품품질을 향상시킬 가능성이 거의 없지만 신발을 매우 많이 만든다고 했을 때 또 선택압이 존재한다면 랜덤한 alteration(변화) 가 품질 향상으로 이어질 가능성도 있다.

[1-5] 박테리아는 약 10g의 무게를 지니며 매 20분마다 분열한다. 만약 하나의 박테리아 세포가 이러한 속도로 분열한다면 지구의 무게(6×10kg)와 같은 분량의 박테리아로 되기까지는 얼마의 시간이 걸리겠는가? 계산한 결과를 박테리아가 적어도 35억 년 전에 생겨서 지금까지 계속 분열해 오고 있다는 사실과 비교하시오. 그리고 비교한 결과에서 도출되는 모순점에 대해 나태내시오 (t 시간 동안 배양되고 있는 세포의 수 N은 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다. N = N×2, 이때 N는 초기의 세포수이고 G는 분열하는 데 걸리는 시간, 즉 세대시간이다.)


솔루션/생물의학


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