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[유전공학] 유전공학의 이해 평가B괜찮아요

목 차1. 유전공학1) 유전공학의 역사2) 유전자(gene)란 무엇인가?3) 유전암호 (genetic code)4) 유전암호의 성질2. Replication, Transcription, and Translation1) 일반적인 원리2) 복제시발점 (origin of replication)3) 유전정보의 해독4) 전사 (translation)5) 단백질합성 (Translation: protein biosynthesis)6) 유전정보는 세포질에서 해독된다.7) tRNA는 해독과정에서 번역가의 역할을 한다.8) 리보솜에서 폴리펩티드가 만들어진다.9) 개시코돈은 mRNA의 정보의 시작을 의미한다.10) 폴리펩티드의 신장11) 세포 내의 유전정보는 DNA → RNA → Protein으로 전달된다.12) 전사와 해독의 의미3. RNA의 다양성1) 리보솜 RNA와 리보솜2) 전령 RNA(mRNA)3) 운반 RNA(tRNA)유전공학의 이해 (genetic engineering)1. 유전공학1) 유전공학의 역사DNA라는 물질이 인류에게 처음 알려진 것은 스위스의 미에셔 (Friedrich Miescher)가 1869년 화농세포와 연어정자에서 핵 속에 존재하면서 산성을 띠고 있는 물질을 처음 분리하면서부터였다. 미에셔는 핵(nucleus)내에 존재하는 산성(acid)을 띤 물질이라는 의미로 자신이 발견한 이 물질을 핵산(nucleic acid)이라 명명하였고, 이 물질의 구조가 알려지기까지는 그로부터 74년이라는 긴 세월이 흘러갔다.1920년에 독일의 포일겐(Feulgen)은 DNA에 특이하게 염색되는 염색액을 개발하는데 성공하였으며 자신의 염색약을 이용하여 DNA가 염색체상에 위치함을 확인하고, DNA가 유전물질일 것이라는 추측을 했다.그후 멘델(Gregor Johann Mendel, 1822～1884)이 유전법칙을 발견한 후 유전에 대한 개념은 벌써부터 존재하고 있었으나 당시까지 "과연 유전물질이 무엇인가?"에 대한 질문에는 단백질이 유전물질일 것이라는 의견이 지배적이었으며이 단백질이라는 누구나 알 수 있는 진리를 저버리고 DNA가 유전물질이라는 심각한 오해에 빠져 있다는 반박내용을 발표하였다.역사는 항상 이와 같이 학자들끼리 서로 경쟁하며 발전해가는 것이다. DNA의 구조를 밝히는데 필요한 서론이 끝났다. 이제부터는 본격적으로DNA 구조를 알아내기 위한 연구에 돌입해야 할 시점이다. 모든 연구가 그렇듯이 DNA라는 물질도 그 존재가 확인된 이후에는 구조와 기능을 탐구하기 위한 방향으로 연구가 진행되어 가는 것이다. 이 중요한 길옆에는 물리적 화학적인 특성에 대한 옆길이 펼쳐져 있고, 이 둘은 상호보완작용을 하면서 정체 현상을 풀어주곤 하는 것이다.1953년 왓슨 (Watson) 과 크릭 (Crick)이 DNA의 이중나선 구조를 밝힘에 따라 유전공학은 급속한 발전의 계기를 맞게 됐다. 그 뒤 자기복제와 단백질합성이라는 유전정보의 발현과정이 알려지고, 또 유전자재조합기술, 세포융합기술, 핵치환기술이 개발되고 정교해짐에 따라 유전공학은 생명과학의 꽃으로 각광을 받게 됐다.2000년 6월 26일 미국 클린턴 대통령과 영국 블레어 총리는 위성 생방송을 통해 역사적인 인체 지놈사업의 완성을 공동 발표함으로써 드디어 지놈프로젝트(genome project)가 완성되었다. 지놈프로젝트에 의해 목표대로 인간의 모든 유전자 구조가 밝혀지고 인류는 신에 버금가는 힘을 가지게 된 것이다. 그 힘을 이용해 암을 비롯한 모든 질병을 근본적으로 예방?치료할 수 있게 되리라는 낙관적인 기대를 하는 과학자들이 있다. 반면에 인간이 그 신적(神的) 능력을 가져서는 안된다는 견해도 대두하고 있다. 유전공학이 눈부시게 발달하고 인간 게놈 분석이 가까워지자 이 혁명적인 사실을 두고 논쟁이 일고 있다. 생명의 비밀이 완전히 풀리면 이 사회는 어떻게 변해갈 것인가?2) 유전자(gene)란 무엇인가?유전정보의 발현 또는 유전자의 형질발현(gene expression)은 DNA→mRNA→단백질의 순서로 진행되는 것이 원칙이나 retro virus에서는 RNA로부터 DNA세포는 복제시발점을 많이 갖고 있으므로 복제가 여러 곳에서 동시 에 일어난다.④ 새로 합성되는 DNA 사슬(strand, 가닥)은 5'→3'방향으로 합성된다.⑤ DNA가닥은 3'과 5' 말단을 가지며, 이때 숫자는 뉴클레오티드에 있는 당 의 탄소번호이다.⑥ 각 DNA가닥의 한 쪽 끝에 있는 당의 3'탄소에는 OH기가 붙어 있으며, 다른 쪽 끝에 있는 당의 5' 탄소에는 인산기가 붙어 있다.⑦ DNA중합효소 (DNA polymerase)는 뉴클레오티드를 DNA가닥의 3'말단에 만 붙인다. 그래서 새로운 DNA는 5'→3'방향으로 길어진다.⑧ 분리된 DNA의 두 가닥에서 새로운 DNA가 합성될 때, 3'말단이 주형인 사슬은 새로운 DNA사슬이 5'→3'방향으로 연속적으로 합성되나 (leading strand), 5'말단이 주형인 사슬의 경우는 사슬이 분리되는 방향과는 반대로 5'→3'방향의 짧은 단편(lagging strand, Okazaki fragment)이 합성된 다음, DNA연결효소 (ligase)에 의해서 (공유결합) 하나의 긴 가닥으로 된다.⑨ DNA복제는 신속하고 정확한데, 10억 개의 뉴클레오티드 중 1개 정도의 오차를 가지고 복제를 한다. 이는 DNA중합효소가 교정(proofreading)기능을 가지고 있기 때문이다.3) 유전정보의 해독① 시작과 끝이 있는 DNA상의 특정 염기서열은 유전자를 구성한다.② 유전자는 수 백개 또는 수천 개의 뉴클레오티드로 되어 있어며, DNA 한 분자는 수천 개의 유전자를 포함하기도 한다.③ 유전자로부터 단백질로의 정보전달은 3염기조 암호 (triplet code)에 의해 결정된다. 폴리펩티드 사슬내의 아미노산 서열은 3개의 염기가 한 조를 이 루는 코돈(coron)이라는 단어가 연결된 유전정보에 의해 결정된다④ DNA는 4종의 염기로 구성되며, 이 4종의 염기가 3개씩 조를 이루어 하나 의 아미노산을 지정하는 코돈을 형성한다.⑤ 4종의 염기가 3개씩 조를 이를 경우 64가지의 코돈이 가능하며, 20종의 아미노산을 지와 대응하는 안티코돈 UAC를 가진 메티오닌-tRNA가 P자리에 들어가 개시복합체가 만들어지며, 여기에 큰 소단위 리보솜이 다시 결합하여 완전한 리보솜을 형성한다.그 다음에 개시코돈 옆의 A자리에 있는 코돈에 대응하는 충전된 tRNA가 자리한다. 개시인자가 관여하며, 에너지원으로 GTP를 사용한다.① mRNA의 5' 선도자 끝이 리보솜 소단위와 결합함으로써 시작② 개시코돈 AUG는 60S 리보솜의 주머니인 펩티드자리 (peptidyl site) 혹은 P자리(P site)에 배열 (다른 주머니는 아미노산 자리 (aminoacyl site) 혹은 A자리(A site)라 한다)③ 5'-CAU-3'의 안티코돈을 가진 개시 tRNA는 개시코돈 5'-AUG-3'를 인식하고 이와 쌍을 이룸.④ tRNA는 약 세 종류의 개시단백질 (initiation protein)이 관여하는 에너지 요구 반응을 통해 리보솜 소단위와 결합.⑤ 이러한 3개의 개시단백질, 리보솜 소단위, 메티오닌 tRNA, mRNA 개시코돈이 포함된 개시복합체 (initiation complex)가 형성되고 여기에 리보솜 대단위가 결합함으로써 완전한 리보솜 형성.⑥ 개시코돈이 AUG이므로 첫번째 아미노산은 항상 메티오닌(Methione)이다.메티오닌은 폴리펩티드의 아미노말단 (amino-terminal) 혹은 N말단 (N-terminal) 형성 (폴리펩티드의 마지막 아미노산은 카르복시기가 노출되므로 폴리펩티드의 카르복시 말단 (carboxyl-terminal) 혹은 C말단C-terminal (N-terminal에는 아미노기가 노출) 형성).[단백질 합성개시](2) polypeptide 신장 (elongation) : mRNA의 코돈 순서에 따라 아미노산이 연결되는 과정이며, 펩티드 전이효소의 작용으로 P자리 tRNA에 있는 메티오닌이 A자리 tRNA의 아미노산과 펩티드 결합을 하여 연결된다. 그러면 P자리의 tRNA는 아미노산을 상실하고 리보솜에서 떨어져 나가며, A자리의 tRNA는 펩티드 결합을 가진 pep노산인 트리토판은 트립토판에 해당하는 mRNA의 코돈 UGG를 인식할 수 없으며 끌려가지도 않는다. 그러므로 새로운 폴리펩티드를 형성하기 위해서는 아미노산을 적절한 코돈과 연결해 주는 것이 필요한데 이러한 역할을 담당하는 것이 tRNA이다.② tRNA는 두 가지의 기능을 가지는데, mRNA에 있는 코돈을 인식하는 기능과, 이 코돈에 상응하는 아미노산을 결합하는 기능을 가지고 있다. 또한 이러한 기능을 담당할 수 있는 독특한 구조를 가지고 있다.③ tRNA 분자는 약80개의 뉴클레오티드로 구성된 단일 가닥의 RNA이다. RNA의 일부분은 꼬이고 접혀서 tRNA의 다른 부분과 염기결합을 하므로 여러 곳에서 이중 가닥이 형성된다. 접힌 분자의 끝에 있으며, 염기가 쌍을 이루지 않는 고리(loop) 부분에 있는 3개의 염기조가 mRNA의 3개 염기로된 코돈을 인식하게 된다. 그래서 mRNA의 codon을 인식한다는 의미에서 anticodon이라 한다.④ tRNA의 다른 쪽 끝은 anticodon에 상응하는 아미노산이 결합한다. 즉 안티코돈이 mRNA의 UGG를 인식하는 ACC라면 tRNA의 아미노산 결합부위에는 트립토판이 결합하게 된다.⑤ 모든 tRNA분자는 서로 비슷하지만, 각각의 아미노산에 해당하는 tRNA 마다 약간의 차이는 있다. tRNA의 종류는 codon의 종류만큼 있어야하고, 아미노산은 20종이기 때문에 복수의 안티코돈이 동일 아미노산을 운반하게 된다.⑥ tRNA에 아미노산을 결합시키기 위해서는 효소가 필요하며, 각 아미노산에 따라 효소도 다르다. 이 반응을 진행시키기 위해서 ATP 한 분자가 에너지원으로 사용되며, 반응결과 아미노산-tRNA 복합체가 생성되고, 이 복합체는 신장되고 있는 폴리펩티드 사슬에 아미노산을 제공하는데 사용된다.8) 리보솜에서 폴리펩티드가 만들어진다.Ribosome① mRNA와 tRNA를 이용하여 폴리펩티트를 생산하는 공장이다.② 리보솜은 두 개의 소단위로 되어 있어며 단백질과 rRNA(ribosomal RNA, 리보솜 RNA)로.

자연과학| 2004.08.03| 25페이지| 1,000원| 조회(614)

유전공학, RNA, DNA, 복제

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