미치고 환장할 노릇입니다.
전 분명 교양 생명공학을 수강신청했습니다만.....
내용은....
이게 무슨 교양입니깟 전공이짓....orz
고등학교때 화학 관심 안가진것..... 정말 잘못했습니다 -0-
최대한 고등학교 때, 배운 것을 기억에 살려 제가 이해한 대로 적어보았습니다.
고로.... 틀린 내용이 있을지도 모르겠습니다만....
아마 없을 거라는 어설픈 자신감에.....orz
중간에 나오는 '암호'라는 용어는 DNA를 구성하는 염기서열 AGCT(아데닌, 구아닌, 시토신, 티민)의 조합으로 인해 나타나는 '암호'를 뜯하는 것입니다.
그냥..... 머리도 식혀보실...... 퍼버벅... -.@
걍 읽어보삼 --)a
전 분명 교양 생명공학을 수강신청했습니다만.....
내용은....
이게 무슨 교양입니깟 전공이짓....orz
고등학교때 화학 관심 안가진것..... 정말 잘못했습니다 -0-
최대한 고등학교 때, 배운 것을 기억에 살려 제가 이해한 대로 적어보았습니다.
고로.... 틀린 내용이 있을지도 모르겠습니다만....
아마 없을 거라는 어설픈 자신감에.....orz
중간에 나오는 '암호'라는 용어는 DNA를 구성하는 염기서열 AGCT(아데닌, 구아닌, 시토신, 티민)의 조합으로 인해 나타나는 '암호'를 뜯하는 것입니다.
그냥..... 머리도 식혀보실...... 퍼버벅... -.@
걍 읽어보삼 --)a
1. Replication이란?
Replicaiton, 즉 DNA의 복제는 세포가 증식을 위해 분열하여 두 개의 세포로 나뉠 때, 두 딸 세포(daughter cell)가 동일한 유전물질을 갖기 위해서 이루어지는 현상이다.
복제를 위해서 두 가닥의 DNA는 먼저 한 가닥씩 나뉘어지게 된다. DNA가 ‘질소성 염기와 결합된 오탄당과 인산기’로 이루어진 뉴클레오티드(nucleotide)의 집합체인데다가 이 뉴클레오티드는 염기간에 수소결합으로 쌍을 이루기 때문에, DNA는 퓨린과 피리미딘이서 늘 염기쌍을 이루며, 이중 나선의 일정한 직경을 유지한다. 이런 염기쌍 규칙에 의해 DNA의 두 가닥은 서로 상보적이며 역평행을 이룬다. 고로 분리된 각각의 가닥은 복제과정에서 새로운 가닥의 합성을 위한 주형 DNA로 작용하게 된다. 원래의 가닥의 모습을 보고 그것을 읽어내며 대조해서 복제해 나가는 것이다. 이러한 복제 기작을 반보존적 복제(semiconservative replication)라 한다.
복제의 시작은 DNA 헬리카제(DNA helicase)와 DNA 토포아이소머라제(DNA topoisomerase)가 복제 개시점(origin of replication)이라 하는 특수한 부위에 결합하여 두 가닥을 분리시켜 나가면서 시작된다. 이렇게 Y자로 분리된 두 가닥의 접합지점을 복제 분기점(replication fork)라 하는데, 여기서 주형 DNA가 변성되고, DNA 헬리카제가 복제 개시점 전방에서 DNA의 꼬임을 풀어주고, ATP를 가수분해 한다. DNA 토포아이소머라제는 가닥이 풀릴 떄 생기는 과도한 꼬임을 완화시키는 역할을 하며, 단일가닥결합 단백질(single strand binding protein)이 분리된 가닥에 결합하여 그 상태를 유지시키며 안정화한다. 이 상태에서 DNA 중합효소가 각각의 단일가닥에 결합하여 가닥을 읽어나가면서 새로운 가닥을 중합하고, 염기쌍 규칙에 의해 새로운 가닥의 말단에 뉴클레오티드가 더해지면서 중합반응에 의해 상보적인 딸 가닥(daughter strand)이 형성된다. 추가되는 뉴클레오티드 5’ 말단의 인산기가 복제되고 있는 DNA 가닥의 3’말단 수산화기와 결합한다.
이와 같은 복제과정에서 DNA 중합효소는 한 방향으로 흘러가기 때문에 주형가닥을 3’에서 5’으로 읽어나가면서 딸 가닥을 5’에서 3’으로 합성한다. 따라서, DNA 중합효소가 5’에서 3’ 방향으로, 즉 복제 분기점 쪽으로 진행하며 연속적으로 합성하는 선도가닥(leading strand)과 복제 분기점 반대방향으로 오카자키 조각(Okazaki fragment)을 만들어 진행하며 불연속적으로 합성하는 지연가닥(lagging strand)으로 나뉘게 된다.
복제가 시작되기 위하여, 주요 복제효소인 DNA 중합효소 III는 복제 개시점과 상보적인 작은 RNA(ribonucleic acid) 개시체(즉, RNA primer)를 지연가닥에서 필요로 하게 되는데, RNA 개시체는 프리마제(primase)라는 효소에 의해 합성된다. 이렇게 조각 조각으로 중합되는 지연가닥에서 DNA 중합효소 I은 DNA 수선기능을 갖는데 RNA 개시체를 제거하면서 생긴 간격을 메꾸어준다. DNA 리가아제는 지연가닥에서 새로이 합성된 DNA 조각을 연결시켜준다.
원핵생물과 진핵생물 복제의 꼬임모형에서는 지연가닥이 휘어져서 DNA 중합효소가 지연가닥과 선도가닥을 같은 방향으로 중합할 수 있다.
2. Transcription에 대해 설명하시오.
생명공학의 전사란 DNA 주형으로부터 RNA 중합효소(RNA polymerase)에 의해 촉매되는 RNA 합성으로, 전사과정에서 DNA에 저장되어있는 유전정보는 상보적인 RNA를 합성하는데 사용된다.
RNA 중합효소는 유전자 시작부분의 바로 상류 쪽에 있는 특정 염기서열을 인식하는데 이러한 서열을 프로모터(promotor)라 한다. 이 프로모터는 유전자의 시작부분을 정확히 RNA 중합효소에 알리는 역할을 한다. 원핵세포든 진핵세포든 ‘전사인자’라 하는 단백질이 RNA 중합효소에 결합하여 프로모터를 찾거나 전사를 조절하는 기능을 한다.
RNA 중합효소가 프로모터를 인식하여 결합하면, 이중가닥 DNA는 풀리면서 단일가닥으로 나뉘고 그 사이엔 버블이 형성된다. RNA 중합효소는 주형 DNA를 따라 이동하면서 암호화 부분인 주형가닥을 읽어나가고, 5’에서 3’으로 RNA가 합성되면서 3’ 말단의 수산화기에 뉴클레오티드가 신장된다. RNA 중합효소가 종결부위에 다다르면 주형 DNA와 합성된 RNA 전사체를 분리시키고, RNA 전사체가 이탈되면서 전사가 종결(termination)된다.
3. Translation이란?
생명공학에서의 번역이란 전령 RNA(mRNA)의 염기서열을 단백질을 구성하는 아미노산 서열로 바꾸어주는 과정을 말한다. 진핵세포에서는 전사와 mRNA의 가공은 핵 내에서 이루어지나, 기능을 발휘하기 위해 가공된 mRNA는 번역을 위해 세포질로 전이된 후 리보좀(단백질이 합성되는 곳)과 결합한다.
번역은 개시(initiation), 신장(elongation), 이동(translocation) 그리고 종결(termination)의 4단계로 나뉘어지는데 개시과정 중 먼저 리보좀의 소단위가 초기 RNA(시작 아미노산 운반 tRNA)와 결합하고 이는 다시 mRNA의 5’ 말단부근에 결합한다. 이어서 리보좀 소단위는 mRNA를 검색하여 개시암호(AUG)를 찾는다. 이것이 완료되면 리보좀 대단위가 결합한다. 많은 수의 ‘개시인자’ 단백질들이 개시과정에 관여하게 된다.
개시 tRNA의 역코돈(anticodon)은 mRNA의 코돈 AUG와 상보적 염기쌍을 이룬다. 따라서 tRNA는 RNA의 염기 암호를 아미노산 암호로 번역해주는 어댑터 역할을 한다. tRNA에 결합한 아미노산은 mRNA의 유전암호에 배정된 것으로 tRNA의 역코돈이 염기쌍으로 결합한다. 이렇게 tRNA는 mRNA로부터 정보를 받아 해당 아미노산을 리보좀으로 운반하게 된다.
리보좀은 A와 P 부위에 하나씩의 아미노산을 운반하는 tRNA를 갖게 된다. 일단 개시되면 리보좀은 개시 tRNA와 함께 mRNA와 결합하여 신장단계로 들어가게 된다. 아미노산은 단계적으로 첫 번째 아미노산에 부가된다. 두 번째 코돈에 해당하는 아미노산은 상보적 역코돈을 갖는 tRNA에 의해 리보좀에 위치하게 된다. 상보적 염기쌍이 형성되면 첫 번째 아미노산은 두 번째 아미노산으로 이동되며, 계속해서 두 번째 tRNA에 의해 운반되는 아미노산은 신장되는 폴리펩티드로 이동된다. 이때 아미노산 사이에 펩티드 결합이 만들어지는데, 예컨데 메티오닌과 두 번째 아미노산 사이에 펩티드 결합이 형성된 경우, 더 이상 아미노산을 가지고 있지 않은 첫 번째 tRNA는 리보좀으로부터 떨어져 나오고, 리보좀은 정확히 하나의 유전암호만큼 움직이는데 이를 이동(translocation)이라 한다. 이제 새로운 유전암호가 노출되면 이에 해당하는 아미노산을 운반하는 tRNA가 결합하여 펩티드가 신장된다. 결국, 한번에 하나의 아미노산씩 신장된다. 이 과정에 여러 개의 신장인자(elongation factor)들이 관여하는데, 각각은 독특한 개별적인 기능을 수행한다. 이러한 신장은 종결암호(UAA, UAG, 또는 UGA)를 만날 때까지 계속되는데, 종결인자들이 종결암호를 인식하여 펩티드 사슬의 신장을 종결시킨다. 리보좀은 소단위와 대단위로 나누어지고 mRNA와 tRNA도 분리되어, 새로이 합성된 단백질은 세포 내에서 맡은 기능을 수행하게 된다.
4. lac operon의 조절기작에 대해 설명하시오.
함께 조절되고 단일 mRNA로 전사되는 몇 개의 인접한 유전자들의 구조를 오페론이라 한다. 구조유전자와 프로모터 그리고 작동유전자(operator)라 불리는 억제자 결합부위로 구성되는데 억제자 결합부위는 프로모터와 겹친다. 억제자 유전자에 의해 만들어지는 억제 단백질(repressor protein)은 조절 단백질로서 작동 유전자에 결합하여 RNA 중합효소에 의한 전사를 억제한다.
lac operon이란 유당 오페론으로 lacZ(베타-galactosidase), lacY(permease), lacA(acetylase), 이 세 개의 유전자로 이루어져 있는데, 이 유전자들이 유당(lactose)을 흡수하여 포도당과 갈락토오스로 분해하는 효소를 암호화 한다. lacZ는 유당을 포도당과 과당으로 분해하고, lacY는 유당과 다른 당을 세포내로 수송한다. lacA의 기능은 아직 완전히 규명되지 않았다.
유당이 없는 경우 이러한 효소는 불필요하다. 따라서 유당 오페론의 세 유전자는 발현되지 않는다. 이런 경우 lacZ 유전자에 의해 암호화된 억제 단백질은 프로모터와 중첩되어 있는 조절유전자에 결합하여 발현을 억제한다. 전사를 위한 RNA 중합효소가 프로모터에 결합하는 것이 방해되어 전사가 일어나지 않는다. 억제 단백질은 두 결합부위로 구성되어 있는데 하나는 유당 결합부위이고 다른 하나는 DNA의 조절유전자와 결합하는 부위이다. 유당이 결합된 경우 억제 단백질은 조절유전자에 결합할 수 없다. 결과적으로 RNA 중합효소가 프로모터 부위에 결합하여 전사가 일어난다. 리보좀은 전사가 시작되면 즉시 만들어지고 있는 mRNA에 결합하여 번역을 시작한다.
이렇게 억제 단백질에 의한 유전자발현 조절을 음성조절(negative control)이라 하는데, 이는 억제 단백질이 있을 때에는 발현이 일어나지 않기 때문이다. 유당 오페론은 또한 양성조절 현상에 의해서도 조절되는데, 이는 특정 조절단백질이 있음으로 해서 유전자 발현이 더 증가되기 때문이다. 특정한 작은 크기의 분자가 RNA 중합효소에 직접 결합하거나 DNA 가닥의 열림을 용이하게 하여 전사속도를 증가시킨다. 대장균은 영양원으로 포도당을 유당보다 더 선호한다. 그러나 포도당이 고갈되면 고리형 AMP(cyclic AMP, cAMP)의 농도가 증가된다. cAMP는 분해산물 활성단백질(catabolite activator protein, CAP)라는 DNA 결합단백질과 복합체를 이룬다. cAMP와 CAP 복합체는 프로모터 주변의 CAP 결합부위에 결합하여 유당 오페론의 전사를 증가시킨다. 그러나 포도당이 있을 때는 cAMP 농도가 낮아지고 따라서 cAMP-CAP 복합체가 형성되지 못하고 결과적으로 전사속도가 증가하지 않는다.
Posted by 함장
