• 생명과학회지
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• 제34권1호
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• pp.68-77
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• 2024

다양한 원인에 의하여 발생하는 미세먼지(particulate matter, PM)는 강력한 환경 오염 물질로 대두되고 있다. PM은 서로 다른 구성과 크기의 고체 입자와 액체 방울로 구성되며, 유해 화학 성분에는 원소 및 유기 탄소, 유기 화합물, 생물학적 화합물 및 금속이 포함된다. 급성 및 만성 PM 노출 시 생체 내 생리학적 시스템에 의하여 유입되고 축적되어 세포내 소포체 스트레스, 미토콘드리아 기능 장애, 산화 스트레스, 염증, 지질 축적 및 세포 주기 정지와 함께 세포 구조 변화를 촉진한다. 궁극적으로 이러한 세포 반응은 노화의 주요 특성을 발달시키는 원인으로 작용하며, 세포 노화와 관련된 자가포식 플럭스 및 리소좀 기능 장애를 향상시킨다. 선행 연구에서 PM과 사망률 증가 또는 수명 감소 사이의 긍정적인 연관성을 강조했지만, 노화에 대한 PM의 직접적인 증거는 여전히 제한적이다. 이 총설에서는 관찰 연구뿐만 아니라 노화 진행 및 연령 관련 질병 발병에 대한 PM의 시험관 내 및 생체 내 증거를 평가하였다. 이러한 평가는 소포체 스트레스, 미토콘드리아 기능 장애, 산화 스트레스, 염증, 지방 축적, 자가포식을 포함하여 PM 노출과 노화 사이의 연관성을 강화하는 연령 관련 세포 변화를 기반으로 한다. 이러한 자료는 PM에 따른 기본적인 세포 반응의 이해를 토대로 PM으로 인한 노화에 대한 새로운 치료법 개발에 기여할 수 있을 것이다.

• 분석과학
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• 제23권1호
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• pp.1-14
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• 2010

모든 전기전자제품에 대한 유해 중금속 규제법(RoHS)이 유럽과 중국 등 세계 각 나라에서 시작 되면서 이에 대한 중요성이 대두되고 있다. 이와 관련하여, 현재 세계 전기전자 협회(IEC)에서 발표된 IEC 62321 문건은 기존의 표준 분석 규격들과 마찰이 있을 수 있다. 반면에, IEC기술위원회(TC 111) 에서 발표된 시료 채취 및 처리 방법(sampling)에 관한 일반공개규격(Publicly Accessible Specification: PAS)은 기존 규격들과 상호보완적으로 응용될 수 있다. 이 실험에서는 PAS에 준하여 휴대폰시료를 분리 및 분해하는 방법을 찾고, 기존의 분석장치를 이용한 스크리닝방법과 비교하고자 하였다. X선 형광분석법(XRF)은 시료의 전 처리가 필요 없어서, 신속한 분석이 가능하므로 스크리닝에 탁월한 기능을 보여준다. 하지만 이 방법은 표면의 유해물질 정보만 알 수 있으며, 심각한 매트릭스 간섭과 정량을 위한 다양한 표준물질이 없다는 제약이 따르기 때문에, 이를 보완할 수 있는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 레이저 박리 유도결합플라스마 질량분석장치(LA-ICP-MS), 에너지 분산형 XRF (ED-XRF) 와 전자주사현미경 에너지분산 X선분광기(SEM-EDX)를 휴대폰 스크리닝에 적용하여 보았으며, 유해중금속이 검출된 일부 부품의 경우에는 흑연로 원자흡수분광분석법(GF-AAS)을 수행하여 농도를 측정하였다. 이 실험결과, 배터리 일부 부품의 경우, GF-AAS와 XRF의 Pb 측정결과는 각각 0.92%와 5.67%로서 차이가 많이 나는 것을 알 수 있었다. 또한, XRF의 상대편차 범위 23-168%는 LA-ICP-MS의 편차 범위인 1.9-92.3% 보다 월등히 큰 것으로 나타났다. 결론적으로, 스크리닝 목적으로 XRF 분석방법을 이용하였다 할지라도, 정확한 함량을 얻기 위하여 GF-AAS의 분석을 수행해야 할 것으로 판단된다. 그리고, 기존 IEC 문건의 스크리닝 방법에는 언급되어 있지 않으나, 본 연구에서는 LA-ICP-MS가 전기전자제품 내에 있는 유해물질들에 대한 정보를 신속하게 얻을 수 있는 스크리닝 방법으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권4호
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• pp.288-295
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• 2010

환경 내 미량금속 오염의 지표생물로 널리 이용되고 있는 갯지렁이의 체내 미량금속 축적 및 생체지표 변화를 연구하기 위하여 구리와 카드뮴에 혼합 노출시킨 Perinereis nuntia의 체내 미량금속의 농도, 금속결합 단백질(metallothioneinlike proteins, MTLPs) 및 항산화효소 중 하나인 글루타치온 S-전이효소(glutathione S-transferase, GST)를 분석하였다. 갯지렁이 체내 미량금속의 농도는 노출 시간과 농도에 따라 증가하였으며, 특히 카드뮴 노출 초기의 축적률과 시간에 따른 증가율이 구리에 비해 높았다. 시간에 따른 미량금속 체내 축적률(net accumulation rate)은 카드뮴의 경우 초기에 높은 값을 보인 후 시간에 따른 증감이 보이지 않았으나, 구리는 노출시간이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 노출시킨 구리의 농도에 따라 두 원소의 축적이 저해되었으며, 이는 원소에 따라 다른 체내 흡수 기작이 있음을 보여주고 있다. 금속결합 단백질은 노출 후 6 시간째 가장 높은 농도를 보였으며 이후 노출시간 증가에 따라 감소하는 경향을 보였으나, 구리의 농도를 $100{\mu}g/L$, $200{\mu}g/L$으로 처리한 실험군의 48 시간째를 제외하고 노출시간과 농도에 따라 유의한 변화를 보이지 않았다. 항산화효소인 글루타치온 S-전이효소의 경우 시간과 농도에 따라 증가하는 경향을 보였으며 갯지렁이 체내 미량금속의 농축 비와 유사하게 높은 구리 농도에서 24 시간 이후 감소하는 경향을 보였다. 본 연구를 통해 구리와 카드뮴이 동시에 영향을 미칠 때 P. nuntia의 체내 미량 금속의 축적과 생체지표의 반응에 대한 정보를 얻을 수 있었으며, 향후 다양한 오염물질에 대한 체내 축적 및 생체지표를 이해하기 위한 연구가 요구된다.

• Molecules and Cells
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• 제27권4호
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• pp.423-428
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• 2009

Superoxide dismutases (SODs) constitute the first line of cellular defense against oxidative stress in plants. SODs generally occur in three different forms with Cu/Zn, Fe, or Mn as prosthetic metals. We cloned the full-length cDNA of the Thellungiella halophila Cu/Zn-SOD gene ThCSD using degenerate RT-PCR and rapid amplification of cDNA ends (RACE). Sequence analysis indicated that the ThCSD gene (GenBank accession number EF405867) had an open reading frame of 456 bp. The deduced 152-amino acid polypeptide had a predicted molecular weight of 15.1 kDa, an estimated pI of 5.4, and a putative Cu/Zn-binding site. Recombinant ThCSD protein was expressed in Escherichia coli and assayed for SOD enzymatic activity in a native polyacrylamide gel. The SOD activity of ThCSD was inactivated by potassium cyanide and hydrogen peroxide but not by sodium azide, confirming that ThCSD is a Cu/Zn-SOD. Northern blotting demonstrated that ThCSD is expressed in roots, stems, and leaves. ThCSD mRNA levels increased by about 30-fold when plants were treated with sodium chloride (NaCl), abscisic acid (ABA), and indole-acetic acid (IAA) and by about 50-fold when treated with UVB light. These results indicate that ThCSD is involved in physiological pathways activated by a variety of environmental conditions.

• Molecules and Cells
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• 제20권1호
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• pp.74-82
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• 2005

Glutaredoxins (Grxs) are thioloxidoreductases which are required for maintaining thiol/disulfide equilibrium in living cells. The Grx3 gene, which encodes one of the three monothiol Grxs in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe, was characterized, and its transcriptional regulation studied. Genomic DNA encoding Grx3 was isolated by PCR, and a plasmid pTT3 carrying this DNA was produced. The DNA sequence has 1,267 bp, which would encode a monothiol Grx of 166 amino acids with a molecular mass of 18.3 kDa. The putative protein has 27% homology with Grx5, and contains many hydrophobic amino acid residues in its N-terminal region. S. pombe cells harboring pTT3 had increased Grx activity and enhanced survival on minimal medium plates containing aluminum (5 mM), BSO (0.05 mM), menadione (0.01 mM) or cadmium (0.2 mM). The 568 bp upstream region of Grx3 was fused into the promoterless b-galactosidase gene of the shuttle vector YEp367R to generate fusion plasmid pMJS10. Potassium chloride (KCl) and metals including aluminum and cadmium enhanced the synthesis of ${\beta}$-galactosidase from the fusion gene. The synthesis of ${\beta}$-galactosidase was also enhanced, in a Pap1-dependent manner, by fermentable carbon sources such as glucose (at low concentrations) and sucrose, but not by non-fermentable carbon sources such as ethanol and acetate. Grx3 mRNA increased in response to treatment with BSO. These observations indicate that S. pombe Grx3 is involved in the response to stress, and is regulated by stress.

• 환경생물
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• 제28권2호
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• pp.101-107
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• 2010

Metal ions are essential to life. However, some metals such as mercury are harmful, even when present at trace amounts. Toxicity of mercury arises mainly from its oxidizing properties. Ionizing radiation (IR) is an active tool for destruction of cancer cells and diagnosis of diseases, etc. IR induces DNA double strand breaks in the nucleus, In addition, it causes lipid peroxidation, ceramide generation, and protein oxidation in the membrane, cytoplasm and nucleus. Yeasts have been a commonly used material in biological research. In yeasts, the physiological response to changing environmental conditions is controlled by the cell types. Growth rate, mutation and environmental conditions affect cell size and shape distributions. In this work, the effect of IR and mercury chloride (II) on the morphology of yeast cells were investigated. Saccharomyces cerevisiae cells were treated with IR, mercury chloride (II) and IR combined with mercury chloride (II). Non-treated cells were used as a control group. Morphological changes were observed by a scanning electron microscope (SEM). The half-lethal condition from the previous experimental results was used to the IR combined with mercury. Yeast cells were exposed to 400 and 800 Gy at dose rates of 400Gy $hr^{-1}$ or 800 Gy $hr^{-1}$, respectively. Yeast cells were treated with 0.05 to 0.15 mM mercury chloride (II). Oxidative stress can damage cellular membranes through a lipidic peroxidation. This effect was detected in this work, after treatment of IR and mercury chloride (II). The cell morphology was modified more at high doses of IR and high concentrations of mercury chloride(II). IR and mercury chloride (II) were of the oxidative stress. Cell morphology was modified differently according to the way of oxidative stress treatment. Moreover, morphological changes in the cell membrane were more observable in the frequently stress treated cells than the temporarily stress treated cells.

• International Journal of Vascular Biomedical Engineering
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• 제2권2호
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• pp.1-9
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• 2004

The history of studies in biology regarding reactive oxygen species (ROS) is approximately 40 years. During the initial 30 years, it appeared that these studies were mainly focused on the toxicity of ROS. However, recent studies have identified another action regarding oxidative signaling, other than toxicity of ROS. Basically, it is suggested that ROS are reactive, and degenerate to biomolecules such as DNA and proteins, leading to deterioration of cellular functions as an oxidative stress. On the other hand, recent studies have shown that ROS act as oxidative signaling in cells, resulting in various gene expressions. Recently ROS emerged as critical signaling molecules in cardiovascular research. Several studies over the past decade have shown that physiological effects of vasoactive factors are mediated by these reactive species and, conversely, that altered redox mechanisms are implicated in the occurrence of metabolic and cardiovascular diseases ROS is a collective term often used by scientist to include not only the oxygen radicals($O2^{-{\cdot}},\;{^{\cdot}}OH$), but also some non-radical derivatives of oxygen. These include hydrogen peroxide, hypochlorous acid (HOCl) and ozone (O3). The superoxide anion ($O2^{-{\cdot}}$) is formed by the univalent reduction of triplet-state molecular oxygen ($^3O_2$). Superoxide dismutase (SOD)s convert superoxide enzymically into hydrogen peroxide. In biological tissues superoxide can also be converted nonenzymically into the nonradical species hydrogen peroxide and singlet oxygen ($^1O_2$). In the presence of reduced transition metals (e.g., ferrous or cuprous ions), hydrogen peroxide can be converted into the highly reactive hydroxyl radical (${^{\cdot}}OH$). Alternatively, hydrogen peroxide may be converted into water by the enzymes catalase or glutathione peroxidase. In the glutathione peroxidase reaction glutathione is oxidized to glutathione disulfide, which can be converted back to glutathione by glutathione reductase in an NADPH-consuming process.

• 한국초지조사료학회지
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• 제36권3호
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• pp.237-242
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• 2016

Copper (Cu) is a necessary microelement for plants. However, high concentrations of Cu are toxic to plants that change the regulation of several stress-induced proteins. In this study, an annealing control primer (ACP) based approach was used to identify differentially expressed Cu-induced genes in alfalfa leaves. Two-week-old alfalfa plants (Medicago sativa L.) were exposed to Cu for 6 h. Total RNAs were isolated from treated and control leaves followed by ACP-based PCR technique. Using GeneFishing ACPs, we obtained several genes those expression levels were induced by Cu. Finally, we identified several genes including UDP-glucuronic acid decarboxylase, transmembrane protein, small heat shock protein, C-type cytochrome biogenesis protein, mitochondrial 2-oxoglutarate, and trans-2,3-enoyl-CoA reductase in alfalfa leaves. These identified genes have putative functions in cellular processes such as cell wall structural rearrangements, transduction, stress tolerance, heme transport, carbon and nitrogen assimilation, and lipid biosynthesis. Response of Cu-induced genes and their identification in alfalfa would be useful for molecular breeding to improve alfalfa with tolerance to heavy metals.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권11호
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• pp.1557-1567
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• 2012

Glutathione reductase (GR, E.C. 1.6.4.2) is an important enzyme that reduces glutathione disulfide (GSSG) to a sulfydryl form (GSH) in the presence of an NADPH-dependent system. This is a critical antioxidant mechanism. Owing to the significance of GR, this enzyme has been examined in a number of animals, plants, and microbes. We performed a study to evaluate the molecular properties of GR (OsGR) from rice (Oryza sativa). To determine whether heterologous expression of OsGR can reduce the deleterious effects of unfavorable abiotic conditions, we constructed a transgenic Saccharomyces cerevisiae strain expressing the GR gene cloned into the yeast expression vector p426GPD. OsGR expression was confirmed by a semiquantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (semiquantitative RT-PCR) assay, Western-blotting, and a test for enzyme activity. OsGR expression increased the ability of the yeast cells to adapt and recover from $H_2O_2$-induced oxidative stress and various stimuli including heat shock and exposure to menadione, heavy metals (iron, zinc, copper, and cadmium), sodium dodecyl sulfate (SDS), ethanol, and sulfuric acid. However, augmented OsGR expression did not affect the yeast fermentation capacity owing to reduction of OsGR by multiple factors produced during the fermentation process. These results suggest that ectopic OsGR expression conferred acquired tolerance by improving cellular homeostasis and resistance against different stresses in the genetically modified yeast strain, but did not affect fermentation ability.

• 자원리싸이클링
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• 제22권2호
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• pp.71-77
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• 2013

오늘날 반도체를 이용하는 가전제품, 컴퓨터, 휴대전화 등 전자 제품들은 모두 인쇄회로기판을 내장하고 있는 공통점을 가지며, 폐전자제품의 PCB는 유용한 금속 성분과 유기계 수지를 포함하고 있는 상태이다. 한국은 대부분의 자원을 외국에서 수입하므로 폐자원으로부터 유가금속은 물론 유기물을 회수하여 재자원화 할 필요가 있다. 본 연구에서는 폐PCB 유기계 잔류물 재활용 기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1979년~2012년까지의 미국, 유럽연합, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였으며, 기술의 정의에 의해 필터링 하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술 등에 따라 분석하여 고찰하였다. 이에 국내외에서 상대적으로 중합체 제조 기술의 특허출원 및 논문게재 활동이 부진한 것으로 나타났다.