14번
발문
다음은 actin filament elongation을 테스트하는 실험으로 최소한 투입해야 하는 물질을 쓰고 배양용기 안에서 일어난 현상을 그림을 보면서 설명하시오. (서술형, 5점)
(그림: 시험관에 구형 액틴 단량체가 있고, 일정 시간 후 actin filament가 형성된 이미지)
관련 내용
- structures of an actin monomer and actin filament
- major accessory proteins of the actin cytoskeleton
해설
최소 투입 물질:
- G-actin (globular actin 단량체) — 임계 농도(critical concentration, Cc) 이상
- ATP — G-actin은 ATP 결합 상태에서 중합 능률이 높음
- Mg²⁺ (또는 K⁺) — 이온 조건 (생리적 이온 강도 유지)
핵화 단백질(nucleator) 없이도 spontaneous nucleation이 가능하나 매우 느림. 실험에서는 G-actin만 충분히 고농도로 제공하면 filament 형성 가능.
배양용기 안에서 일어난 현상 (3단계):
1단계 — Nucleation (핵형성, lag phase):
- G-actin 단량체들이 무작위로 충돌하여 이합체(dimer), 삼합체(trimer) 형성 시도
- 이합체·삼합체는 불안정 → 자발적 분리 빈번 → lag phase 발생
- 삼합체가 안정적 핵(nucleus)이 되면 이후 단계 급진
2단계 — Elongation (신장, growth phase):
- 안정적 핵을 중심으로 G-actin이 양쪽 end에 결합 → F-actin 빠르게 성장
- (+) end(barbed end): 빠른 성장 (Cc 낮음, ~0.1 μM)
- (-) end(pointed end): 느린 성장 (Cc 높음, ~0.7 μM)
- 결합한 ATP-actin이 ADP-actin으로 가수분해 (시간 지연 동반)
3단계 — Steady state (Treadmilling):
- 총 F-actin 양이 일정해지는 상태
- G-actin 농도가 두 end의 Cc 사이(~0.2 μM)로 수렴 시 treadmilling 발생
- (+) end에서 중합, (-) end에서 해중합이 동시 진행 → 필라멘트 총 길이는 유지