Chapter 4. Fundamentals of Molecular Biology

본 게시글은 학부 '세포생물학' 강의와 'The Cell : A Molecule Approach - Geoffrey M.Cooper' 교재를 토대로 필자가 이해한 내용을 정리하였습니다.

 

 

 

 

4.1 Heredity, Genes, and DNA

 

유전자와 염색체(Genes and Chromosomes)

 

 

• 유전자(Genes) : 유전 인자
• 대립 유전자(Alleles) : 각각의 형질은 부모로부터 하나씩 상속받은 유전자의 복사본  
  • 노란색(Y) : 우성, Dominant
  • 녹색(y) : 열성, Recessive
• 유전자형(Genotype) : 유전적 구성
• 표현형(Phenotype) : 물리적 외형

 

 

 

 

 

 

 

 

• 염색체(Chromosomes) : 유전자를 운반하는 매개체
• 이배체(Diploid) : 각 염색체의 두 복사본을 가진다.
• 감수분열(Meiosis) : 각 염색체 쌍의 한 멤버만이 자손 세포로 전달
• 반수체(Haploid) : 각 염색체의 한 복사본만 가진다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

분리의 법칙(Segregation)

 

연관(Linkage of two genes)

 

 

 

유전물질의 발견(Identification of DNA as the genetic material)

 

형질전환이 일어났다!

 

 

 

DNA의 구조

생물학도라면 질리도록 보았을 그것

 

 

 

DNA 복제(Replication of DNA)

• 반보존적 복제(Semiconservative Replication) : 부모 DNA의 한 가닥이 각 자손 DNA 분자에 보존된다.
• 실험적 증거를 통해 반보존적 복제 입증

Experimental demonstration of semiconservative replication

 

 

 

 

 

4.2 Expression of Genetic Information

 

mRNA의 역할(The Role of Messenger RNA)

• RNA는 DNA 주형(Template)에서 합성될 수 있다. 
• RNA와 DNA의 차이점
  • RNA는 단일 가닥(Single-stranded), DNA는 이중 가닥
  • 리보스(Ribose) : RNA의 당 성분. DNA는 디옥시리보오스(Deoxyribose)
  • RNA는 유라실(Uracil, U)을 포함하고 DNA는 티민(Thymine, T)을 포함한다.
• Central Dogma(중심 가설)
  • DNA → RNA → 단백질(Protein)

 

유전 암호(The Genetic Code)

• tRNA
  • 번역 과정에서 아미노산과 mRNA 사이의 적응자(Adaptors) 역할
• 삼중 코드(Triplet Code)에 대한 유전적 증거

• 시험관 내 번역(In vitro Translation)
  • 시험관 시스템을 통해 단백질 합성 수행

• RNA Virus와 역전사(RNA viruses & Reverse Transcription) 
  • 레트로바이러스(Retroviruses) : RNA-주도 DNA 합성을 통해 복제
  • 역전사(Reverse Transcription) : RNA에서 DNA를 합성하는 과정

 

 

 

 

 

4.3 Recombinant DNA

 

Restriction Endonucleases(핵산 내 가수분해제한효소)

• 특정 서열에서 DNA를 절단하는 효소
• 세균에서 발견된다.
• Gel Electrophoresis(겔 전기영동)
  • 전기장을 통해 분자의 이동 속도에 따라 분리하는 일반적인 방법

 

재조합 DNA 분자의생성

분자 클로닝(Molecular Cloning)

• 관심 있는 DNA 조각을 벡터(Vector)에 삽입하여 숙주 세포 내에서 독립적으로 복제할 수 있도록 한다.

플라스미드(Plasmids)

• 독립적으로 복제 가능한 작은 원형 DNA 분자

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DNA 연결효소(DNA Ligase)

• DNA 가닥의 절단부를 봉합하는 효소

 

 

상보적 DNA(cDNA)

• RNA를 주형으로 하여 합성된 DNA

 

Cloning 과정

 

 

DNA sequencing, Sanger method

 

 

 

 

 

클로닝된 유전자의 발현

 

프로모터 서열(Promoter Sequences, pro)

• 세균에서 삽입된 DNA의 전사를 지시

샤인-달가노 서열(Shine-Dalgarno Seqeunces, SD)

• 세균 및 고세균의 mRNA에서 리보솜 결합 부위로 작용

 

 

4.4 Detection of Nucleic Acids and Proteins

 

• PCR(Polymerase Chain Reaction)
  • DNA의 증폭 방법

 

 

 

• 핵산 혼성화(Nucleic Acid Hybridization)
  • 라벨이 부착된 DNA 탐침을 사용하여 세포 전체 DNA에서 특정 서열을 검출
  • 서던블로팅(Southern Blotting)
    • 세포 DNA 내 특정 유전자를 검출하기 위해 널리 사용된다.

Southern blotting

Nucleic acid hybridization

 

 

• 단백질의 탐침으로서의 항체
  • 웨스턴 블로팅(WEstern Blotting, Immunoblotting)
    • 세포 추출물 내 단백질을 검출하는데 사용

Western blotting(Immunoblotting)

 

 

4.5 Gene Function in Eukaryotes

 

식물 및 동물에서의 유전자 전달

• Transfection
  • Liposome(리포솜) : 원형질막과 융합하는 지질 소낭
  • Retroviruses
    • 바이러스 DNA가 감영된 세포의 유전체에 안정적으로 통합되는 생활 주기

 

 

• Transgenic Mice(형질전환 생쥐)
  • 수정란의 진핵에 클론화된 DNA를 직접 미세주입하여 생성

 

 

 

클론화된 DNA의 돌연변이 유발(Mutagenesis of Cloned DNAs)

• 시험관 내 돌연변이(In vitro Mutagenesis)
  • 클론화된 DNA에 특정 돌연변이를 도입
  • 진핵 유전자의 발현 및 기능 연구에 유용한 도구
  • 합성 Oligo Nucleotide를 이용한 돌연변이 유발 

 세포 유전자에 돌연변이 도입(Introducing Mutations into Cellular Genes)

• 상동 재조합(Homologous Recombination)
  • 클론화된 유전자가 정상 대립유전자를 대체
  • 클론화된 유전자에 시험관 내에서 도입된 돌연변이가 염색체 사본에 포함된다.
  • 쥐의 배아줄기(ES) 세포에서 유전자를 쉽게 비활성화할 수 있으며, 이를 통해 형질전환 생쥐를 생성 가능

 

 

 

CRISPR/Cas system을 이용한 유전체 편집(Genome Engineering by the CRISPR/Cas system)

 

 

CRISPR/Cas system

 

CRISPR/Cas system

• 세균에서 발견된 시스템
• CRISPR RNA : 특정 표적 서열을 인식
• Cas 단백질(Cas Proteins) : 표적 DNA를 절단

 

mRNA 표적화(Targeting mRNA)

• 표적 유전자 발현 억제
  • Antisense Nucleic Acids를 배양된 세포에 도입하여 특정 유전자 발현을 억제하는 방법

• RNA 간섭(RNAi, RNA interference)
  • 최근 널리 사용되며 매우 효과적인 방법으로, mRNA 수준에서 유전자 발현을 방해