Dynamic Organizing Principles of the Plasma Membrane that Regulate Signal Transduction: Commemorating the Fortieth Anniversary of Singer and Nicolson’s Fluid-Mosaic Model
원형질막의 역학 및 구조에 대한 지식의 최근 급속한 축적은 교과서 유체-모자이크 모델의 주요 수정을 촉발시켰습니다. 그러나 새로운 데이터가 다양한 생물학적 패러다임을 사용하는 다양한 연구 맥락에서 얻어졌기 때문에 중요한 개념 수정이 생물의학 연구 및 개발에 미치는 영향은 제한적이었습니다. 이 검토에서 우리는 기능을 실현하는 모든 분자 메커니즘의 기초가 되는 이 구조의 새로운 기본 구성 원리를 제공하기 위해 원형질막에 대한 현재의 생물학적, 화학적 및 물리적 지식을 종합하려고 합니다. 신호 변환 기능과 구성 원리의 동적 측면에 특별한 주의를 기울입니다.
키워드
단일 분자 이미징 , 중규모 영역 구조 , 분자 확산 및 충돌 , 액틴 기반 막 골격 , 울타리 모델
(2) 막의 유동성에 영향을 주는 요인
불포화 탄화수소 꼬리와 포화 탄화수소 꼬리
불포화 탄화수소 꼬리들은 꺾인 모양으로 틈이 채워지지 않게 하여 막의 유동성을 증가시킨다.
포화 탄화수소 꼬리들은 서로 밀착되어 막의 유동성이 감소한다.
동물 세포막 내의 콜레스테롤
온화한 온도에서 콜레스테롤은 인지질의 이동을 감소시켜 막의 유동성을 감소시킨다.
낮은 온도에서는 인지질이 정상적으로 채워지는 것을 방해하여 고체화를 억제한다.
(3) 선택적 투과성: 막의 특성에 의해 세포막을 통한 물질의 이동이 선택적으로 일어나며, 선택적 투과성 정도는 인지질 2중층의 장벽과 막에 있는 특정 수송 단백질들에 의해 결정된다.
탄화수소, CO2, O2 등과 같은 비극성 분자들은 소수성으로, 막의 인지질 2중층에 용해될 수 있어서 막단백질의 도움 없이도 쉽게 막을 통과한다.
막의 소수성 중심부는 친수성인 이온과 극성 분자들이 막을 직접 통과하지 못하게 막는다.
포도당 및 기타 당처럼 극성인 분자들은 인지질 2중층을 매우 천천히 통과할 수 있으며, 극히 작은 극성 분자인 물도 아주 빠르게 통과할 수는 없다.
전하는 띤 원자나 분자 또는 이를 둘러싼 수화 껍질은 막의 소수성 내부를 통과하기 어렵다.
(4) 수송 단백질: 친수성 물질들은 막을 관통하는 수송 단백질을 통해 통과한다.
통로 단백질: 친수성 통로로서 역할을 한다.
예) 물 분자의 통로 단백질: 아쿠아포린
운반체 단백질: 물질 운반 시 구조가 변한다.
예) Na+-K+ 펌프(에너지원으로 ATP 사용)
Membrane fluidity and its roles in the perception of environmental signals
세포질 단백질에 효율적으로 접근하는 능력은 생물학적 연구와 의학 모두에서 요구됩니다. 그러나 세포내 단백질을 표적으로 삼는 것은 종종 어려운데, 왜냐하면 세포질에 도달하기 위해서는 외인성 분자가 먼저 세포막을 통과해야 하기 때문입니다. 이 검토는 특정 분자가 이 장벽을 통과하는 것으로 생각되는 방법과 불투과성 분자의 세포 내 전달을 향상하기 위해 어떤 종류의 접근 방식이 만들어지고 있는지에 대한 광범위한 개요를 제공합니다. 먼저 지질막을 가로지르는 작은 분자의 수동적 투과성을 제어하는 규칙과 특정 대사산물, 펩타이드 및 단백질에 대해 자연에서 진화한 막 수송 메커니즘에 대해 논의합니다. 이어 저분자 및 투과성이 향상된 펩타이드 개발에 등장한 설계 전략을 소개한다. 마지막으로, 단백질 페이로드용으로 설계된 세포내 전달 시스템을 조사합니다. 다양한 분야의 관점을 모아 세포막 장벽이 어떻게 극복되고 있는지에 대한 일관된 개요를 제공했습니다.
100년 이상 동안, 별도의 부피가 아닌 핵 및 세포질 부피(NC 비율)의 비율이 많은 유형의 유기체의 세포 간에 일정하다는 것이 알려져 왔습니다. NC 비율의 변화는 암성 변형과 관련이 있으며 비율이 생리학적 중요성을 가지고 있음을 시사합니다. 특히, NC 비율의 지배적인 규제 메커니즘은 확인되지 않았습니다. 여기에서 우리는 핵 부피 결정에 연루된 힘의 물리적 추정치를 사용하고 능동적으로 운반되는 단백질의 삼투압에 의해 지배된다는 것을 보여줍니다. 이에 영감을 받아 발표된 실험과 일치하여 NC 비율과 이를 조절하는 요인을 예측하는 세포질 및 핵 부피에 대한 최소 모델을 공식화합니다.
▣ 능동 수송
(1) 능동 수송: 세포막이 농도 경사를 거슬러서 낮은 농도에서 높은 농도 쪽으로 물질을 이동시키는 현상이다.
에너지가 필요하며, 세포 호흡을 통해 얻은 ATP가 공급된다.
Na+-K+ 펌프의 주요 작용
모든 세포에서 세포막을 경계로 Na+과 K+ 의 농도 경사를 만든다. 이것은 신경과 근육 세포의 기능에 필수적인 전기적 신호 발생에 중요한 역할을 한다.
세포 내의 용질의 농도를 조절함으로써 세포의 부피를 조절한다.
Na+-K+ 펌프는 서로 다른 물질을 양방향으로 운반하고, 소장 융털 상피 세포의 포도당, 아미노산 등을 운반하는 펌프는 한 방향으로만 작용한다.
능동 수송의 다른 예: 소화관의 일부 양분 흡수, 세뇨관의 재흡수(포도당의 재흡수), 뿌리털의 무기 양분 흡수, 해조류의 아이오딘(I) 흡수
세포막에 존재하는 운반체 단백질에 의해 일어나며, 특정 물질의 농도가 세포 안과 밖에서 서로 다르게 유지되는 데 이용된다.
Principles of Membrane Transport
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26815/
세포내 섭취와 세포외 배출
(1) 세포내 섭취: 세포 밖의 물질을 세포막으로 감싸서 세포 안으로 끌어들이는 작용이다.
식세포 작용: 고형 물질을 세포막으로 싸서 식포를 형성하여 세포 안으로 끌어들이는 작용이다. 예) 백혈구의 식균작용, 아메바가 먹이는 잡는 작용
음세포 작용: 액체나 유동성 물질을 세포막으로 둘러싸서 세포질 속으로 받아들이는 작용이다.
세포내 섭취가 일어날 때는 에너지가 사용된다.
(2) 세포외 배출
세포 내의 물질을 세포막으로 감사서 세포 밖으로 내보내는 작용이다.
세포가 합성한 물질이나 소화되지 않은 입자, 사용하고 남은 찌꺼기 등을 세포 밖으로 내보낸다. 예) 세포내에서 생성된 호르몬, 소화 효소와 노폐물의 분비
세포막을 직접 통과하지 못하는 큰 분자들을 세포 밖으로 분비하는 수단이다.
예) 이자 세포에서 인슐린과 글루카곤의 분비, 뉴런의 축삭 돌기 말단에서 신경 전달 물질 분비
세포외 배출이 일어날 때 에너지가 사용된다.
Key principles and methods for studying the endocytosis of biological and nanoparticle therapeutics
Endocytosis는 많은 치료용 나노의약품이 세포 내 표적에 도달하는 과정에서 중요한 단계입니다. 세포 흡수 메커니즘에 대한 우리의 이해는 지난 5년 동안 상당히 발전했습니다. 그러나 세포 생물학의 이러한 발전은 나노과학과 치료학 문헌으로 완전히 번역되지 않았습니다. 다른 세포내이입 경로의 역할과 이러한 경로를 연구하는 방법을 둘러싼 오해는 개선된 나노입자 치료법 개발의 진행을 방해하고 있습니다. 여기에서는 세포 흡수 메커니즘 및 경로에 대한 최신 통찰력을 요약합니다. 우리는 엔도사이토시스, 특히 비특이적 억제제의 문제를 연구하기 위해 현재 시스템의 한계를 강조합니다. 우리는 또한 이러한 경로를 강력하게 조사하기 위한 대안적인 유전적 접근법을 요약하고 세포가 생체 내에서 입자를 엔도사이토시스하는 방법을 이해해야 할 필요성에 대해 논의합니다. 우리는 나노입자 흡수를 연구하는 데 사용되는 현재 방법에 대한 이 중요한 평가가 세포 생물학과 나노의학의 인터페이스에서 향후 연구를 안내할 수 있기를 바랍니다.
Endocytic 메커니즘은 원형질막의 지질과 단백질 구성을 제어하여 세포가 환경과 상호 작용하는 방식을 조절합니다. 여기에서 우리는 이러한 사건을 제어하는 세포 단백질에 초점을 두고 포유류의 세포내이입 메커니즘에 대해 알려진 것을 검토합니다. 우리는 잘 연구된 clathrin 매개 endocytic 메커니즘을 논의하고 clathrin과 독립적으로 진행하는 endocytic 경로를 해부합니다. 이러한 클라트린-독립적 경로에는 CLIC/GEEC 세포내이입 경로, arf6-의존적 세포내이입, 플로틸린-의존적 세포내이입, 마크로피노사이토시스, 원형 도랄 주름, 식세포작용 및 트랜스-내포작용이 포함됩니다. 우리는 또한 endocytosis에서 caveolae와 caveolin1의 역할을 비판적으로 검토합니다. 우리는 endocytic 경로에서 지질, 막 곡률 조절 단백질, 작은 G 단백질, 액틴 및 다이나민의 역할을 강조합니다.
키워드
카베올라 , 클라트린 매개 엔도사이토시스 , 클라트린 비의존성 엔도사이토시스 , 다이나민 , 작은 G 단백질
Exocytosis and Endocytosis: Modes, Functions, and Coupling Mechanisms
단백질은 하나 또는 그 이상의 폴리펩타이드가 꼬이거나 접혀서 생성된 독특한 3차원 구조(입체 구조)를 가진다. 단백질 구조는 보통 자발적으로 생성된다. 단백질이 세포에서 합성되면서 아미노산 서열에 따라 사슬의 부분 사이에 다양한 형태의 결합이 형성된다. 단백질의 독특한 형태는 다른 분자를 인식하고 결합할 수 있도록 한다. 구형 단백질은 대략 구 모양을 띠며 섬유성 단백질은 긴 섬유 모양이다.
1차 구조(primary structure)는 유전적으로 암호화된 단백질 내의 아미노산 서열이다.
2차 구조(secondary structure)는 한 펩타이드 결합의 산소와 다른 펩타이드 결합의 질소에 부착한, 부분적으로 양전하를 띠는, 수소 사이의 수소 결합으로 안정화되는, 폴리펩타이드 골격의 꼬임 또는 접힘 부위를 포함한다. α-나선(α-helix)은 매 4번째 아미노산 사이의 수소 결합으로 형성된 나선이다. β 병풍구조(β pleated sheet)는 서로 평행하게 놓인 폴리펩타이드 골격 부위를 따라 반복되는 수소 결합으로 연결되어 있다.
3차 구조(tertiary structure)는 아미노산의 다양한 곁사슬 (R기) 사이의 상호작용으로 인해 생긴 단백질의 3차원 구조이다. 아래와 같은 여러 화학적 상호작용이 안정되고 독특한 단백질 모양을 이루도록 한다: 물에 의한 반발력에 의해 분자의 중심에 모여 덩어리를 이룬 비극성 곁사슬 사이의 소수성 상호작용(hydrophobic interaction), 비극성 곁사슬을 따라 존재하는 반데르발스 상호작용, 극성 곁사슬 사이의 수소 결합 및 음전하를 띤 곁사슬과 양전하를 띤 곁사슬 사이의 이온 결합. 이황화 결합(disulfide bridge)이라 불리는 강한 공유 결합이 폴리펩타이드가 접히면서 가까워진 시스테인의 황화수소기 사이에서 일어나기도 한다.
4차 구조(quaternary structure)는 둘 이상의 폴리펩타이드로 이루어진 단백질에서 일어난다. 각 폴리펩타이드 소단위는 구조적으로 정확하게 배열을 이루면서 연결되어 기능성 단백질을 형성한다.
2) 서류평가: 서울대의 선도적인 서류(학생부) 평가 전문성을 활용, 종합역량평가로 명료화, 고교 교육과정 교과역량 중심 평가로 재편
3) 면접: 다양한 역량 평가 및 검증에 한계
–> 이전 면접 방식의 문제를 인지하고 개선하고자 함(현실적으로 전문성이 충분하지 않은 서류 평가 담당자는 서류를 평가하는 데 어려움이 많을 것으로 예상함, 현 고등학생의 전공과 진로 관련 심화 탐구는 학술 자료(논문)를 읽고 배우고 느낀 점을 작성하고 있는데 –> 이를 비전공자가 평가하는 것은 어려울 것임 –> 기계적인 평가로 인해 특정 집단에게 유리하게 작용할 가능성이 있음(특히 서류평가) –> 여러 분야에 관한 전문성을 갖춘 전문가나 교수가 서류 평가와 면접에 참여해야 함 –> 소극적인 대응으로는 해결이 불가할 것임 –> 특정 집단에 유리한 서류 평가와 면접이 이루어질 가능성이 있음
-종합역량평가: 학생 역량의 우수성을 검증하는 종합역량평가로서 서류(학생부)평가의 전문성 강화
-면접평가 심층화: 학생 맞춤형(다면화) 평가로서 심층적 역량을 검증하는 창의 융합 역량평가 면접 실시
2) 수시 모집 설계 모형
1단계: 학생부 이수내역, 학생부 성취도, 학생부 학업수행, 학생부 교과 외
2단계: 면접, 창의융합 역량평가
-단계별 전형을 실시함
-1단계는 종합역량평가를 실시하여 모집인원의 2배수를 선발함
-2단계는 창의 융합역량평가 면접을 실시하여 선발함
-수능은 활용하지 않으며, 2단계 평가에서 1단계 성적을 반영함
–>
1단계: 서류평가 100점
2단계: 1단계(100점), 면접평가 100점
1단계, 종합역량평가, 교과역량 중심의 종합역량평가로 명료화, 선택과목 이수 내용을 반영함, 과목 특성, 수강자 규모, 원점수, 과목 평균, 성취도별 학생 비율 등을 고려해 정성적으로 평가함, 교육과정 성취기준에 따른 학생의 성취수준을 평가 근거로 활용함, 종합 사고 역량, 창의 탐구 역량, 공동체 역량 등을 평가함
2단계, 창의 융합역량평가 면접, 창의적 문제해결 수행 평가함
3) 학생부 평가(서류평가)방향
-학생의 실질적 대학 수학 역량을 심층적으로 평가하는 교과역량 중심의 종합역량평가로 명료화
4) 종합역량평가
목표: 교과별 학습활동 내용을 통해서 분석적 논리적 사고력, 지식 및 정보 활용 능력, 주도적 문제해결 및 과제 추진 능력, 공감 소통능력 등 종합 역량을 평가
평가항목: 종합 사고 역량, 창의 탐구 역량, 공동체 역량
평가개요: 교과목(별) 교과역량 도달 수준을 확인하여 대학 학업을 위한 종합역량 평가, 고교 생활에서 학생이 성취한 각 교과 본연의 깊이 있는 교과역량을 평가하여 대학 학업을 위한 준비도 검증
평가근거: 고등학교 교육과정 성취기준에 따른 학생의 성취수준, 평가의 객관성과 타당성을 확보, 학생부 평가의 신뢰도 회복에 이바지
평가내역: 교과별 선택과목 이수 내역과 교과 성취도, 학업 수행 내용 등, 모집단위 기초 학업 역량을 위한 진로 적성에 따른 과목 이수 내역과 깊이 있는 학습 경험을 중시
5) 면접 활용 방향
-창의적 문제해결 역량을 평가하는 면접으로 전환
-역량의 다양성(창의적 문제해결 능력, 의사소통 능력, 비판적 사고력등)과 우수성을 엄정히 측정할 수 있는 면접 모델 마련
