단백질 발현 양상 기반 생물 특성 이해를 위한 과학영재 대상 분자생물학 실험 프로그램 개발

Development of a Molecular Biology Experimental Program for Gifted Science Students to Understand Biological Characteristics through Protein Profiles

단백질은 세포 내의 생명활동을 결정하는 주요 생명 분자로 생물의 특성을 이해하는 데 핵심이 되는 분자이며, 이들에 대한 이해는 분자 생명 과학을 이해하는 데 필수적이다. 본 연구에서는 과학영재 대상으로 중등 교육과정에서 단백질 기반 분자생물학적 개념을 효과적으로 학습할 수 있는 실험 교육 프로그램을 제공하고자 한다. 본 실험은 여러 생물계의 대표 단백질을 분석하여 생명체의 특징을 이해하고자 함을 목적으로 한다. 이를 위해 구성한 실험 프로그램은 대장균, 애기장대,사람 혈장/혈구에서 단백질을 추출하고, 농도를 조정하여 단백질 전기영동을 통해 총 단백질을 크기 별로 분리한다. 이후 단백질 겔의 염색/탈색 과정을 통해 단백질의 양 및 크기를 정성적으로 확인하고, 주요 단백질에 대해 생물의 특징과 함께 토론하며 이해하는 과정을 포함한다. 본 실험 프로그램은 6시간이 소요되며, 단백질 분석에 관한 다양하면서도 범용적인 분자 실험 기구 사용법도 이해할 수 있다. 본 수업 프로그램의 효과를 분석하기 위해 본 실험 모듈을 수행한 9명을 대상으로사전, 사후 검사를 진행하였고, 추가로 프로그램 수행 반응을 확인하였다. 본 실험 프로그램을 수행한 결과, 참여 학생들은 높은 프로그램의 만족도를 보였고, 실험 내용을 이해하는 데, 큰 어려움은 발생하지 않았다. 또한 분자생물학에 대한 흥미 및 진로에 대한 관심이 다소 증가하였고, 세포 내 단백질 역할 및 관련된 분자생물학의 지식이 크게 상승하였다. 이에 본 실험 프로그램은 학생들로 하여금 단백질에 관한 분자생물학적 개념을 이해하고, 분자생물학 관련 연구 수행의 기반을 다져, 향후 생명과학과 관련된 진로 선택에 도움을 줄수 있을 것으로 기대된다.

Proteins are essential biomolecules that govern cellular activities and play a crucial role in understanding the characteristics of living organisms. A proper understanding of proteins is essential for comprehending the life sciences at the molecular level. In this study, our objective is to provide an experimental educational program for science-gifted middle school students to grasp the concepts of protein-based molecular biology. The experiments we have designed aim to analyze proteins from various organisms, helping students gain insights into their characteristics. To achieve this, we extract proteins from Escherichia coli, yeast, and human plasma/blood cells, and then separate total proteins by size using protein electrophoresis after adjusting their concentrations. Subsequently, we qualitatively determine the quantity and size of proteins through protein staining/de-staining processes. This is followed by discussions and comprehension of the major proteins in relation to biological characteristics. The entire experiment takes approximately 6 hours, allowing participants to learn diverse and universally applicable molecular experimental techniques related to protein analysis. To assess the effectiveness of this program, we conducted both a pre-test and post-test with nine participants who completed the experimental module, and we also gathered additional program feedback. The results of the experimental module showed high satisfaction among the participants, who did not encounter significant difficulties in understanding the experimental content. Furthermore, there was a slight increase in interest and career aspirations in molecular biology, and knowledge of intracellular protein roles and related molecular biology significantly improved. Therefore, This experimental program is expected to facilitate students in comprehending molecular biological concepts based on proteins and establishing a foundation for conducting molecular biology-related research, and ultimately to assist in making their informed career choices in the life sciences.