14번
발문
다음은 actin filament elongation을 테스트하는 실험으로 최소한 투입해야 하는 물질을 쓰고 배양용기 안에서 일어난 현상을 그림을 보면서 설명하시오. (서술형, 5점)
관련 내용
- structures of an actin monomer and actin filament
- major accessory proteins of the actin cytoskeleton
해설
이 실험에 최소한 투입해야 하는 물질은 임계 농도(critical concentration, Cc) 이상의 G-actin 단량체, ATP, 그리고 생리적 이온 강도를 유지하기 위한 Mg²⁺(또는 K⁺) 등의 염이다. G-actin은 ATP가 결합된 상태(ATP-actin)에서 중합 효율이 높으며, 적절한 이온 조건이 갖춰져야 자발적 중합이 진행된다. 별도의 핵형성 단백질(nucleator)이 없어도 자발적 중합은 일어나지만 매우 느리다.
배양용기 안에서 일어나는 현상은 세 단계로 설명할 수 있다. 먼저 핵형성(nucleation) 단계에서는 G-actin 단량체들이 무작위로 충돌하여 이합체(dimer)와 삼합체(trimer)를 형성하려 하지만, 이들은 열역학적으로 불안정하여 곧 분리되기 때문에 지연 시간(lag phase)이 발생한다. 삼합체 이상의 크기가 되면 안정적인 핵(nucleus)이 형성되고, 이후 급속히 다음 단계로 넘어간다.
핵이 형성되면 신장(elongation) 단계가 진행된다. G-actin이 핵의 양쪽 말단에 빠르게 추가되며 F-actin 필라멘트가 성장하는데, (+) barbed end는 임계 농도가 낮아(~0.1 μM) 더 빠르게 성장하고 (−) pointed end는 임계 농도가 높아(~0.7 μM) 더 느리게 성장한다. 결합한 ATP-actin은 시간이 지남에 따라 ADP-actin으로 가수분해된다.