Ch 1 생명과학의 탐구방법

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1 ( 확인문제포함 ) 편저 구평회임용고시학원

2 목차 Ch 1 생명과학의탐구분야... 3 Ch 2 생명의화학적이해 ( 원소, 화학결합 )...3 Ch 3 고분자... 5 Ch 4 세포의구조 ( 세포내소기관 )... 7 Ch 5 세포막 Ch 6 물질대사, 에너지, 효소 Ch 7 세포호흡 Ch 8 광합성 Ch 9 세포주기의조절 Ch 10 유전 Ch 11 중심명제 (CENTRAL DOGMA)...46 Ch 12 PROTEIN TARGETING/TRAFFICKING...60 Ch 13 유전자발현의조절 Ch 14 유전공학 Ch 15 생물정보학 BIOINFORMATICS...75 Ch 16 유전체학 GENOMICS Ch 17 기능유전체학 FUNCTIONAL GENOMICS...78 Ch 18 세포내신호전달 Ch 19 면역 Ch 20 진화 Ch 21 분류 Ch 22 식물 Ch 23 생식과발생 Ch 24 동물생리학 Ch 25 생태

3 Ch 1 생명과학의탐구분야 1. 바이러스 1 생물적특징- DNA, 단백질로구성, 돌연변이가나타남 2 비생물적특징- 단백질결정체로추출, 효소가없어독자적물질대사불가능. 2. 생명체구조수준세포 < 조직 < 기관 < 개체 ( 종 ) < 개체군 < 군집 < 생태계 세포 : 생명체의기본단위 종 : 분류의기본단위 개체군 (population): 진화 (evolution) 의최소단위 생태계 (ecosystem): 생물 + 물리적환경요소 Ch 2 생명의화학적이해 ( 원소, 화학결합 ) 1. 원자핵심체크중요원소 : C, H, O, N, P, S (O>C>H>N>Ca) 중요원자특성출제영역 Ca 뼈 이의성분 세포내의 이차신호전달물질 : 이차신호전달물질 : camp, IP 3, DAG, Ca 2+ 혈액응고, Ca 2+ -binding protein 인 (calmodulin) 은 Ca 2+ 과결합 근육수축, 신경자극전달, 수정막형성, 후활성화되어져다양한세포내반응수행 apoptosis 에관여. Mg 엽록소의구성성분 DNA polymerase 의보조인자 식물에서결핍시잎의황백화현상 Fe 헤모글로빈과 cytochrome 의구성성분 점돌연변이로인해비정상적인 헤모글로빈 ( 겸형적혈구빈혈증 P 핵산 (DNA, RNA), 인지질의성분 인산기는핵산에 (-) charge 제공 3

4 에너지대사에관여 (ATP) 32P: 핵산검출방사선동위원소 S 단백질의성분 35 S: 단백질검출방사선동위원소 ( 메티오닌 ), ( 시스테인 ) 에포함, 시스테인두분자가 만드는이황화결합은단백질 (3) 차구조에커다란기여 Na 체액의주요양이온 ( 삼투압유지 ) 신경의흥분전도에관여 K 세포액의주요양이온 ( 삼투압유지 ) 신경의흥분전도에관여 I 갑상선호르몬의성분 Cl 체액의주요음이온 삼투압조절에관여 2. 화학결합은공유결합과비공유결합 탄수화물의공유결합은 O-글리코시드결합, 단백질의공유결합은펩티드결합과이황화결합, 그리고 DNA, RNA 의공유결합은 N-글리코시드결합 & 인산이중에스테르결합 비공유결합은 ( 수소결합, 이온결합, 소수성상호작용, 반데르발스힘 ): 단백질 3 차구조에중요, DNA 에서의이중나선의구조에도중요 3. 물의특성 : 원형질의 70-80% 를차지, 수소결합으로연결 1 비열이크다 - 체온유지등항상성에관여 2 용매 ( 쌍극성구조 ) - 혈액에서물질운반, 식물의물관 / 체관에서물질운반 3 물질대사반응에참여 - 축합반응, 가수분해반응 4

5 Ch 3 고분자 1) 단백질 - C, H, O, N, S 등으로구성. / 세포구조물, 효소, 항체의성분. 1 아미노산이펩티드결합으로연결. 2 성질 : 온도, ph, 염농도등에의해구조변성 단백질의 1, 2, 3 & 4차구조 (1) 1차구조 : 아미노산들이 peptide bond로유전정보에따라선형으로연결된구조 (2) 2차구조 : 1차구조 + 수소결합등으로인해 α-나선구조혹은 β-병풍구조형성 (3) 3차구조 : 2차구조 + 이황화결합과비공유결합으로인해 3-D 구조형성, 단백질특성이나타남, polypeptide 1개 (e.g., Myoglobin) (4) 4차구조 : 3차구조를가지는 polypeptide가두개이상모여만든구조로서 subunit를가짐, (e.g., Hemoglobin) 2) 탄수화물 - C, H, O 로구성 / 주로에너지원으로사용. 1 단당류 : 6 탄당 ( 포도당, 과당, 갈락토스 ), 5 탄당 ( 리보오스 ), 4 탄당 ( 옥살아세트산, 말산 ) 2 이당류 : ( 엿당 )= 포도당 + 포도당, ( 설탕 )= 포도당 + 과당, ( 젖당 )= 포도당 + 갈락토스 3 다당류 : 녹말 ( 식물의저장탄수화물 α), 글리코겐 ( 동물의저장탄수화물 α), cellulose( 식물세포벽구성성분 β) 3) 지질 - C, H, O 로구성 / 에너지원으로사용 / 세포막, 호르몬의성분 중성지방 (3 지방산 +1 글리세롤 ), 인지질, 스테로이드 ( 콜레스테롤, 호르몬의성분 ) 4) 핵산 (DNA / RNA) - C, H, O, N, P 등으로구성 * 기본단위 : 뉴크레오티드 5) 무기염류 - 생체의구성물질 / 효소의활성화, 삼투압의유지및 ph 조절. 5

6 생체분자핵심체크 구성단위중요특성및 checkpoint 화학결합 DNA RNA deoxynucleotide (da, dg, dc, T) nucleotide (A, G, C, U) 유전정보저장, 안정유전정보전달, 불안정 RNA world scenario (ribozyme, RNA virus) 인산이중에스테르결합 N- 글리코시드결합 효소, 호르몬, 구조, 면역, 단백질 아미노산 유전자발현조절 변성요인 (ph, 열등 ) 구조와기능 펩티드결합, 이황화결합 필수아미노산 에너지저장 탄수화물 포도당 starch: 식물저장탄수화물 glycogen: 동물저장탄수화물 O- 글리코시드결합 cellulose: 식물세포벽구성성분 중성지방, 인지질, 스테로이드 지질 지방산 + 글리세롤 에너지저장, 세포막구성 포화지방산, 불포화지방산 에스테르결합 필수지방산 무기염류 체내완충작용에기여 Ca, Mg, Fe, S, P, I, Na, 체액의삼투압및 ph 조절 K 등효소의보조인자로작용 6

7 수용성비타민 비타민 B 복합체, 비타민 C 효소의조효소로작용, 모세혈관을 통하여흡수 ( 체내에서합성불가 반드시 지용성비타민 비타민 A, D, E, K 효소의조효소로작용, 림프관을 통하여흡수 섭식으로공급 ) 물 H 2 O 생명현상을가능하게함 극성용매, 응집력, 부착력 수소결합 Ch 4 세포의구조 ( 세포내소기관 ) 세포이론 (cell theory): 세포는생명체를이루는구조적, 기능적단위, 세포분열을 통해서세포가증식해서생명현상을가능하게한다는이론 1. 원형질 : 세포막을포함한세포내부, 세포에서살아있는부분 2. 원형질의특성 - 콜로이드상태 원형질유동 : ATP 소모, 살아있는세포에서세포질의이동현상. 3. 원핵세포와진핵세포 (1) 원핵세포 (prokaryote): 막구조의세포소기관없음 1 핵양체 (nucleoid): 막구조가없는 DNA 덩어리 2 세포벽 : 펩티도글리칸 (peptidoglycan) 이주성분 3 플라스미드 : 핵외성 DNA 4 메소솜 : DNA 복제후분리에관여, 막구조가변형되어진소기관 5 편모 : 양성자구동력을이용한박테리아운동기관, 플라젤린단백질로구성 (2) 진핵세포 (eukaryote): 막구조의세포소기관을가지고있음 7

8 1 핵 : 이중막 2 소포체 : 고분자물질의이동통로, 조면 / 활면소포체, 근소포체 3 리보솜 : 막구조가없으며단백질합성장소 4 골지체 : 물질의저장과분비담당 5 미토콘드리아 : 이중막구조, 세포내에너지생산 6 엽록체 : 이중막구조, 광합성 ( 탄소동화작용 ) 을통한세포내유기물합성 7 액포 : 노폐물의저장과분비 8 리소좀 : 가수분해효소다량함유 가수분해담당 9 편모와섬모 : 세포의운동기관 ( 튜불린으로구성 ) 10 퍼옥시솜 : 세포내독성물질제거 11 글리옥시솜 : 식물세포의지방산저장 12 세포골격 : 미세섬유 ( 액틴), 중간섬유 ( 케라틴, 스펙트린 ), 미세소관 ( 튜불린) 13 세포연접 : 간극연접 ( 동물 ), 원형질연락사 ( 식물 ) 4. 진핵세포내소기관핵심체크 1. 이중막구조를가지는세포소기관 : 핵, 엽록체, 미토콘드리아 2. 막구조가없는세포소기관 : 리보솜, 중심체, 인 3. 과산화물등의독성물질제거혹은노화와관련된세포소기관 : 퍼옥시솜 4. 세포내공생설과관련있는세포소기관 : 엽록체, 미토콘드리아, 편모 5. ATP 를합성할수있는세포소기관 : 엽록체, 미토콘드리아 6. DNA, 리보솜등을가지고있어복제를할수있는세포소기관 : 핵, 엽록체, 미토콘드리아 8

9 7. 동물세포와식물세포를비교했을때, 식물세포에만찾을수있는것 : 원형질연락사 (plasmodesmata), 글리옥시솜, 세포벽 ( 엽록체 : 대부분의식물세포뿐만아니라, 단세포동물인유글레나에서도관찰 ) 5. 원핵생물 vs 진핵생물 원핵생물 (prokaryote) 진핵생물 (eukaryote) 핵 Nucleoid ( 핵양체 ): 핵막無 Nucleus ( 핵 ): 핵막有 염색체형태일반적으로원형 (circular form) 선형 (linear form) 막구조세포소기관無有 세포벽펩티도글리칸 (peptidoglycan) 식물세포에만 (cellulose 가주성분 ) 리보솜 (ribosome) 70S (30S+50S) 80S (40S+60S) 복제기점 1 개 1 개이상 ( 동시다발적복제가능 ) DNA polymerase DNA polⅠ, II, III DNA pol α, β, γ, δ, ε RNA polymerase RNA pol RNA polⅠ, Ⅱ, Ⅲ 히스톤 (histone) 無有 인트론 (intron) 無有 RNA processing 無 有 (5'-capping, 3'-poly A tailing, splicing) 당화과정 (glycosylation) 無 有 유전자발현양상전사와번역이동시에일어남전사와번역이핵막에의해분리 유전자발현의조절전사단계에서조절다단계조절 번역의시작 SD sequence capping 구조인식 최초의아미노산 fomyl methionine (AUG) methionine (AUG) 9

10 operon 有無 mrna polycistronic mrna monocistronic mrna 핵외성 DNA plasmid mitochondria, chloroplast [ 확인문제 ] 1. 원핵세포와진핵세포의차이점이다. 옳은것은? 원핵 1 핵막이있다. 핵막이없다 진핵 2 리보좀의침강속도는 80S 리보좀의침강속도는 70S 3 단백질로싸인염색체 환상의 DNA 4 미토콘트리아가없다미토콘트리아가있다. 풀이 ) 4 2. 원핵세포에대한설명중적절한것은무엇인가? 1단세포성생물로핵은있으나미토콘트리아가없다. 2진핵세포와동일한구조와크기의리보솜 (ribosome) 을갖는다. 3히스톤 (histone) 이없는한개의염색체로된유전자를갖는다. 4역전사효소 (reverse transcriptase) 를가지므로 RNA 에서 DNA 로유전정보를흐르게할수있다. 풀이 ) 3 3. 세포내에존재하며작은알갱이모양으로 catalase 등의효소를함유하며신장과 간에서지방대사에중요한역할을하는것은? 1ribosome 2peroxisome 3lysosome 4chromosome 10

11 풀이 ) 2 4. 다음은어느세포내소기관의특징인가? 1)Cilia, 중심체, flagella 등을형성한다. 2) 단백질의합성이일어나는장소이다. 3) 세포내 ATP 를생성하는장소이다. 4) 단백질, 지질, 탄수화물등의각종생체물질을가수분해할수있는효소를저장하고있다. 5) 당단백질과다당류의합성및분비에관여한다. 풀이 ) 1) 미세소관 (Microtubule) 2) 리보솜 (ribosome) 3) 미토콘트리아 (Mitochondria) 4) 리소조옴 (Lysosome) 5) 골지체 5. 구성세포속에골지체가특히많이발달되어있는조직은? 1 근육조직 2 지방조직 3 연골조직 4 샘조직 풀이 )4 6. 다음중막의구조로되어있지않은세포내소기관은? 1 미토콘트리아 2 핵 3 리소좀 (lysosome) 4 리보솜 (ribosome) 풀이 )4 7. 세포의분비물형성과관계깊은세포내소기관은? 11

12 1 미토콘트리아 2 액포 3 리보솜 4 리소좀 5 골지체 풀이 )5 8. 고등동, 식물세포에공통적으로존재하는막상구조의세포소기관은? 1 미토콘트리아와엽록체 2 소포체와미토콘트리아 3 리보솜과소포체 4 중심체와골지체 5 골지체와엽록체 풀이 )2 9. 원핵세포와진핵세포에대한설명으로옳지않은것은? 1원핵세포는핵산만으로된한개의환상염색체를가진반면, 진핵세포는단백질-핵산복합체로된여러개의염색체를가지고있다. 2광합성을하는원핵세포의경우엽록체가없다. 3원핵세포의편모는 의구조가아니다. 4진핵세포의미토콘트리아에서이루어지는기능이원핵세포에서는원형질막에서수행된다. 풀이 )4 10. 항생물질 penicillin 의작용기작은? 1세포벽의 peptidoglycan 의교차결합 (cross-linkage) 을만드는 transpeptidase 반응을방해하여세포벽형성을억제한다. 2원핵세포의 70S 리보솜의 30S 단위체에결합하여단백질합성과해독과정의정확도를감소시킨다. 350S 리보솜단위체에결합하여 t-rna 가리보솜에결합하지못하게하고단백질생성시펩티드결합을못하게한다. 4DNA 의존성, RNA 중합효소를방해하여유전사전사를억제한다. 12

13 풀이 )1 Ch 5 세포막 1. 세포막의구조 : 유동모자이크막가설- 인지질 2 중층속에유동성단백질 2. 막의유동성 (fluidity) 에영향을주는요인 인지질을구성하는지방산의길이가짧을수록, cis-이중결합이많을수록, 콜레스테롤의함량이적을수록, 온도가높을수록막의유동성은증가되어진다. 3. 콜레스테롤의두가지역할 1) 동물세포막의견고성 (rigidity) 을증가 : 유동성감소 2) 온도가내려갔을때, 막이어는것을방지 (No crystallization) 4. 세포막을통한물질의출입 1) 확산- 고농도 저농도로물질이이동 2) 삼투- 세포막을경계로일어나는물분자의확산삼투압- 삼투현상에의해물이밀려들어오려는힘. 동물세포 식물세포 저장액물이들어옴 ( 적혈구 - 용혈 ) 팽윤상태, 팽압최대 고장액쭈그러짐원형질분리, 팽압 = 0 3) 선택적투과성- 분자의크기가작을수록, 지질에대한용해도 (= 분배계수 ) 가클수록세포막을쉽게통과. 4) 능동수송- ATP 소비, 농도경사에무관 5) 외포작용 ( 엑소시토시스 ), 내포작용 ( 엔도시토시스 ), 수용체매개내포작용 - ATP 소비 13

14 [ 확인문제 ] 1. 세포막의구조및기능에대해쓰시오. 풀이 ) 세포막의구조 1생체막 : 세포를구성하고있는기본적인막구조를말함 2물질조성 : 지질과단백질로구성인지질, 스테롤, 당지질친수성머리와소수성꼬리를갖는양친매성분자 (amphipathic) 3전자현미경 : 모든세포들이 6-10nme 두께의원형질막으로둘러싸여있음 4지질이중층은이차원적인유동구조이다. ( 지질이중층내에서인지질분자는회전, 측면확산, 플립 플롭 ) 5지질이중층의유동성은구성성분에의하여결정된다탄화수소의꼬리의길이와불포화정도에따라, 탄소의수가적고불포화도가높으면유동성이커짐 ) 6지질이중층은비대칭이다. 7지질이중층은용질과이온을투과시키지못한다. 작은비극성분자 (O 2, CO 2, N 2, 벤젠 ) 와비전하성극성분자 (H 2 O, 글리세롤, 에탄올 ) 은지질이중층을쉽게통과하지만이온과전하를띤분자들은크기에관계없이지질이중층을거의통과못함분자량이큰글리세롤이나포도당은통과하지못함 생체막의기능 생체막의기능 : 1 장벽역할 2 영양분이세포내부로불필요한물질은세포밖으로배출 14

15 2. 원형질막을비롯한세포내의모든막을기능적으로 ( ) 이라하며, 이들막들이 같은모양을하고있다고하여 ( ) 이라고도한다. 이러한막은 ( ) 로 구성되어있으며, 막구조에대한가설중유동모자이크모델에따르면단백질은대부분 구형단백질로서막표면에결합되어있는 ( ) 단백질과지질이중층의한층에만 매몰되어있거나, 또는두층전체에걸쳐가로지르는횡단막단백질과같은 ( ) 단백질이다. 풀이 ) 생체막, 단위막, 단백질과지질, 외재성, 내재성 3. 세포막의구조를가장바르게나타낸것은? 1 인지질의이중층에표재성단백질과내재성단백질이군데군데자리잡고있다. 2 지방의이중층에표재성단백질과내재성단백질이군데군데자리잡고있다. 3 인지질의이중층내외를단백질이둘러싸고있다. 4 지방의이중층내외를단백질이둘러싸고있다. 5 인지질의이중층으로되어있다. 풀이 )1 4. 세포막의분자구조를유동모자이크모형으로설명한것중틀린것은? 1세포막은능동수송의기능을지니며, 전자전달기능을가지고있어서생체내산화환원에관여한다. 2세포막의두께는막에따라서일정하지않다. 3인지질분자들이이중층을이루며탄수화물분자들이지질층의양쪽표면에존재한다. 4막단백질은구조물질인동시에막의특수한기능을하는효소또는운반체역할을한다. 풀이 )3 15

16 5. 원형질막의투과성에관한설명중옳은것은? 1 분배계수가큰화합물일수록쉽게투과한다. 2 지용성이작은물질일수록쉽게투과한다. 3 극성화합물은비극성화합물보다쉽게투과한다. 4 분배계수의크기에관계없이분자의크기가작은화합물일수록쉽게투과한다. 5 강전해질화합물이약전해질화합물보다쉽게투과한다. 풀이 )1 6. 세포막을통한물질의수송중옳은것은? 1분배계수가큰화합물은세포막을잘투과한다 2강전해질이약전해질보다막투과성이크다 3분자의크기가클수록투과도가크다 4지방산은탄소사슬이길어질수록막투과성이작다 풀이 )1 분배계수 = ( 지질에대한용해도 / 물에대한용해도 ). 분배계수가클수록쉽게 투과한다. 약전해질 > 강전해질. 비극성화합물 > 극성화합물. 작은분자 > 큰분자. 7. 다음의물질들가운데단순확산작용에의해서막을투과할수없는것은? 1CO 2 2H + 3H 2 O 4O 2 풀이 )2 8. 다음중능동수송에해당되지않는것은? 1 융털돌기에서의포도당의흡수 16

17 2 허파꽈리에서의가스교환 3 세뇨관에서의재흡수 4Na 펌프 5 조류의요오드흡수 풀이 )2 2 허파꽈리에서의가스교환은확산. 9. 물질소송중 ATP 가소모되는경우는? 1물이저장액에서고장액으로들어갈때 2용질이고장액에서저장액으로들어갈때 3세뇨관에서포도당이재흡수될때 4식물의뿌리에서수분이흡수되어물관을통해온몸으로이동될때 풀이 )3 1 삼투 (Osomosis ) 2 확산 (Diffusion) 10. 생체막을능동수송에대한설명중맞는것은? 1농도경사가있을때만물질의운반이일어난다. 2물질운반에에너지가필수적으로요구되지만, 운반체 (carrier) 는필요없다. 3능동수송계는하나의물질만을운반하는시스템이다. 4능동수송의방법이비가역적이어서용질은세포안으로혹은밖으로이동시킨다. 풀이 )4 1 농도가없을때도 2 운반체필요함 3 하나의물질만을운반하는시스템이아니다. 1. 물질대사 (metabolism) Ch 6 물질대사, 에너지, 효소 17

18 1) 동화작용 : 저분자 (monomer)+ 에너지 고분자 (polymer) 로합성예 : 광합성 2) 이화작용 : 고분자 저분자 + 에너지로분해예 : 세포호흡을통한포도당분해 2. ATP 합성 : ADP + P i ATP + H 2 O (1) 화학삼투적인산화 : 막사이의수소이온농도차이에의해유발되는양성자구동력을이용한인산화방법 1) 산화적인산화 : 미토콘드리아내막, F 0 F 1 ATP synthase 2) 광인산화 : 엽록체틸라코이드막, CF 0 CF 1 ATP synthase (2) 기질수준인산화 : 효소에의해유기물분자에붙어있는인산기를 ADP 에이동시켜 ATP 생산 3. 효소 : 전효소 = 주효소 ( 단백질 )+ 조효소 ( 유기물질, 비타민 )/ 보조인자 ( 무기염류 ) 1) 기질특이성 2) 기능 : 생체촉매 3) 주성분 : 단백질 최적 ph, 최적온도가존재. 4) 경쟁적 ( 활성부위 )/ 비경쟁적억제 (Allosteric: 단백질 4 차구조, 억제자가효소의조절부위에결합 활성부위구조변화 기질과의결합 / 반응조절 [ 확인문제 ] 1. 효소에대한다음설명중틀리는것은? 1 기질특이성이있다. 2 ph 에영향을받는다. 3 활성화에너지를감소시켜반응속도를증가시킨다. 18

19 4 온도가증가함에따라효소활성이더욱커진다. 5 효소반응속도는효소농도에비례한다. 풀이 )4 2. 생체내의효소의특성이아닌것은? 1 효소는각기특정한기질을갖고있어서그기질의반응에만작용한다. 2 효소는어느특정부분에입체적으로꼭들어맞는구조를가진기질만이효소 -기질복합체를형성한다. 3 온도의상승에따라효소의반응속도가증가된다. 4 구조가기질과유사한물질에의하여효소의작용이저해된다. 풀이 )3 3. 효소와무기촉매를설명한것중틀린것은? 1 효소와촉매모두각기특정한기질을갖고있어서그기질의반응에만작용하는특이성을갖는다. 2 촉매는온도의상승에따라반응속도가증가한다. 3 구조가기질과유사한물질에의하여효소의작용이저해된다. 4 효소마다각각의최적온도와최적 ph 를갖는다. 풀이 )1 4. 다음중효소의구조와기능에관한설명으로옳지않은것은무엇인가? 1 다른 RNA 를분해하는효소활성을갖는 RNA 를라이보자임 (ribozyme) 이라한다. 2 효소가불활성화 (denaturation) 되거나, 아단위 (subunit) 로분해되면효소활성을상실한다. 3 효소단백질에공유결합으로붙어있는 coenzyme 이나금속이온을보결분자단 (prosthetic group) 이라고부른다. 19

20 4 효소는반응에관여하는활성에너지를낮추므로효소에의한화학반응에서는반응의진행에필요한총에너지가감소한다. 풀이 )1 1 Ribozyme : catalyst( 효소 ) 로서작용할수있는 RNA 분자를말함. 물론다른 RNA 를분해하는 Ribozyme 이있기는하지만 Ribozyme 의정의는아니다. 5. 효소의작용은특정온도와 ( A ) 에서활발하다. 그이유는이요인들이효소의 ( B ) 를변화시키기때문이다. 풀이 ) A. ph B. 구조 6. 효모를터뜨려서만든액체를반투막으로투석하면주머니속에남은액체나투석되어 빠져나온액에도모두발효능력이없는데그이유는? 1 투석하면발효를일으키는물질이변성되어그기능을상실하므로 2 투석하면분자의작은조효소가반투막밖으로나오므로 3 투석하면고분자로된효소가반투막밖으로나오므로 4 투석하면고분자만이반투막을통과할수있으므로 풀이 )2 효소로서의기능을하기위해서는주효소 + 조효소 = 전효소로존재하여야하는데 반투막을통해조효소가주머니밖으로나와효소의기능을상실하게되었다. Ch 7 세포호흡 1. 포도당을이용하는세가지방법 (1) 산소호흡 1) 해당과정 TCA 회로 전자는전자전달계로이동, 최종전자수용체인산소와결합 2) 화학삼투적인산화에의해대부분의 ATP 생성 20

21 (2) 무산소호흡 1) 최종전자수용체는황산염, 질산염또는이산화탄소 2) 화학삼투적인산화에의해대부분의 ATP 가생성 (3) 발효 1) 해당과정의최종산물이호흡으로들어가지않고에너지가풍부한유기노폐물로전환 2) 전자전달계와화학삼투적인산화없이소량의 ATP 생산 3) 젖산발효 ( 근육통 )/ 에탄올발효 (CO 2 발생 ) 2. 세포호흡의 3 단계 21

22 (1) 해당과정 : 세포질에서산소없이포도당분해, 기질수준인산화 ; 1 포도당 2 피루브산 +2ATP+2NADH 22

23 (2) 시트르산회로 (TCA 회로 ; Krebs 회로 ) 과정 : 미토콘드리아기질, NADH, FADH 2 등을 생산하면서피루브산이 CO 2 와 H 2 O 로완전히산화 피루브산 + NAD + + CoA 아세틸 -CoA ( TCA 회로 ) + NADH + H + + CO 2 (3) 전자전달계및화학삼투적인산화 : 미토콘드리아내막, NADH, FADH2 에서나온전자가전자전달계를거치면서화학삼투적기울기인양성자구동력을만들고산소 ( 최종전자수용체 ) 와결합와여물 (H 2 O) 이됨. 이과정에서만들어진양성자구동력으로 ATP 가다량합성 지방과단백질의산화 ⑴ 지방의산화 : 지방산과글리세롤로분해되어호흡기질로이용. 1 지방산 (β 산화 ) 활성아세트산 TCA 회로 2 글리세롤 PGAL 피루브산 TCA 회로 23

24 ⑵ 단백질의산화 1 우선아미노산으로가수분해된다. 2 탈아미노반응에의해아미노기가이탈되어유기산이된후 TCA 회로로들어간다. [ 확인문제 ] 1. 다음의엽록체에관한설명중틀린것은? 1 광에너지를고정하여화학에너지로전환하는기관이다. 2 단백질을합성할수있다. 3 자체의환상 DNA 를가지고있으며복제가일어난다. 4 이중막으로되어있으며내막은크리스타라고하는주름진구조를가지고있다. 풀이 )4 4미토콘트리아 2. 세포호흡에대해쓰시오. ( 무기호흡과유기호흡을구분하여설명 ) 풀이 ) 유기호흡 (aerobic respiration): 산소에의해체내의물질이분해되어에너지를 발생하는호흡. 물질은완전히분해되므로많은에너지를발생시킴 무기호흡 (anerobic respiration) : 산소없이체내의물질이분해되어에너지를발생하는 호흡. 물질을완전히분해하지않으므로산소호흡에비하여에너지의발생량이적다. 호흡기질의불완전한분해로유기물이생성된다. 3. 유기호흡과무기호흡의차이점은? 1 유기호흡은고등동 * 식물에서나타나는호흡이지만, 유기호흡은하등식물에서만나타나는 호흡이다. 24

25 2 유기호흡은 CO 2 가방출되지만, 무기호흡에서는 CO 2 의방출이없다. 3 유기호흡에서는 O 2 가소비되지만, 무기호흡에서는 O 2 를소비하지않는다. 4 광합성능력이있는식물은유기호흡을하고광합성능력이없는식물은무기호흡을 한다. 풀이 )3 2 무기호흡중알코올발효에서는이산화탄소가발생. 4. 인체내의세포에서일어나는탄수화물의대사시에유기호흡과무기호흡에대한설명이다. 틀린것은어느것인가? 1 유기호흡의결과이산화탄소, 물, 에너지가생긴다. 2 무기호흡의결과젖산, 이산화탄소, 에너지가생긴다. 3 유기호흡에서생긴에너지가무기호흡의것보다크다. 4 젖산은세포내에쌓여서피로물질이된다. 5 신체내에쌓이는젖산은운동전후에통증을일으키기도한다. 풀이 )2 젖산발효에서는 CO 2 발생하지않음. 알콜발효에서 CO 2 발생. 5. 다음의어떤반응에서이산화탄소가방출되는가? 1 알콜발효 2 글리코겐의가수분해 3 젖산발효 4 해당과정 풀이 )1 6. 세포호흡에관한설명이다. 틀린것은? 1 크렙스회로는산소를이용하는호기성반응이다. 2 한분자의포도당이해당과정을거쳐총체적으로형성하는에너지는 4 분자의 ATP 와 4 분자의 NADH 이다. 3 세포성호홉의마지막단계인전자전달계는미토콘트리아내막에서일어난다. 25

26 4 한분자의포도당이해당작용과크렙스회로를거쳐완전히산화되어합성되는 ATP 분자수는 38 개이다. 풀이 )2 22 분자의 ATP 와 2 분자의 NADH 가생김 7. 해당작용의첫과정은다음중어떤화학작용에의해서일어나는가? 1 탈수작용 3 인산화 2 카르복실화 (carboxylation) 4 축합반응 풀이 )3 Ch 8 광합성 1. 의미 : 태양에너지가특정분자들의결합에의해포도당의생성에이용되는과정 6CO H 2 O + 빛에너지 C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O 2. 광합성의두부분 (1) 명반응 ( 비순환적광인산화, 틸라코이드막 ): 빛요구, 태양에너지 ATP 와 NADPH 로전환 (2) 암반응 (Calvin 회로, 스트로마 ): 빛을요구하지않는반응. ATP 와 NADPH 는포도당 생성에사용된후 ADP/Pi 와 NADP + 상태로되돌아감 3. 비순환적과정 : Z scheme 26

27 4. 순환적과정 : 전자가 Fd 에서 PQ 로.. 5. 캘빈회로 (Calvin cycle) C 3, C 4 & CAM plant 의비교 C 3 plant C 4 plant CAM plant 예대부분의식물옥수수, 사탕수수, 수수선인장, 파인애플등 최초산물 PGA(C3) Oxaloacetate(C4) 27

28 최초과정 CO 2 +H 2 O+RuBP 2PGA CO 2 +H 2 O+PEP Oxaloacetate CO 2 고정효소 Rubisco PEP carboxylase 수행세포 엽육세포 (mesophyll cell) 엽육세포 + 유관속초세포 (bundle sheath cell) 엽육세포 CO 2 고정은엽육세포에서 CO 2 고정장소 Calvin cycle 장소와동일 Calvin cycle 은Calvin cycle 장소와동일 유관속초세포에서 CO 2 고정시간낮낮밤 광호흡有 ( 탄소원의유실 ) 無 ( 탄소원의유실이없어효율적인탄소고정 ) 미토콘드리아와엽록체의공통점과차이점 (1) 공통점 - 세포내공생설지지 ( 환상의 DNA, 복제능력, 70S 리보솜, 이중막구조, ATP 생산 ) - 전자전달계존재 ; 양성자구동력을이용한 ATP 생산 (2) 차이점 미토콘드리아 엽록체 대사작용이화작용동화작용 최초과정 당의분해 피루브산의분해 광계의전자이탈 물의분해 최종과정물의합성당의합성 독특한구조크리스테구조라멜라구조 중요회로 TCA 회로 Calvin 회로 28

29 산소 (O 2 ) 소비 ( 최종전자수용체 ) 생성 ( 부산물 ) [ 확인문제 ] 1. 세포소기관가운데미토콘트리아와엽록체가갖는공통점은무엇인가? (5 가지를쓰시오 ) 풀이 ) 1 이중막구조 2 ciruclar DNA 3 자체의 ribosome(70s) 을가짐 4 자체의단백질합성기구를가짐 5 ribosomal RNA 가박테리아의그것과유사 6 streptomycin( 원핵 ) 가단백질합성을억제한다. 2. 순환적광인산화반응은 P 700 에서이탈된전자가 (1) 막내부에존재하는순환적 전자전달계를거쳐서다시 P 700 으로되돌아오는과정에서전자가한수용체에서다른 전자수용체로전달될때방출된에너지의일부는틸라코이드막밖에있는 (2) 이온을안으로 유입시키는데사용되며, 일부는 ADP 와무기인산으로부터 (3) 가만들어지는과정이다. 풀이 ) (1) 틸라코이드 (2) 수소 (3)ATP 3. 광합성의명반응에서생성된고에너지전자를암반응에전달하는물질은무엇인가? 1NADPH 2 2ATP 3FADH 4NADH 풀이 )1 명반응에서생긴 NADPH 2 는고에너지전자를 ATP 는에너지와무기인산을공급. 4. 녹색식물의광합성을 14 CO 2 존재하에서시켰을때생성되는화합물중가장먼저 14 C 로 표시되는것은? 1 인글리세르산 (PGA) 2 포도당 (glucose) 3 인그리세르알데히드 (PGAL) 4 리불로오스이인산 (RuBP) 풀이 )1 29

30 5. 광합성의명반응과암반응속도를지배하는주요환경요인을올바르게짝지은것은? 명반응 - 암반응 1 온도 - 빛의세기 2 온도 - CO 2 농도 3 빛의세기 - 온도 4 빛의세기 - CO 2 농도 풀이 )3 6. 진핵세포의미토콘트리아나엽록체가원시의원핵생물로부터유래한후손이라는내부공생 (endosymbiosis) 의가설을지지하는증거가아닌것은? 1미토콘트리아나엽록체의 DNA 는세균에서와같이공유결합으로폐쇄된환형이다. 2미토콘트리아나엽록체는독자적인리보솜 (70S) 을갖고있다. 3스트랩토마이신이미토콘트리아와엽록체의단백질합성을억제한다. 4리보솜 RNA 의염기서열이진정세균과유사하다. 5이들의 ATPase 유전자 DNA 염기서열이진정세균과유사하다. 풀이 )1 내부공생의가설의증거가 다음중미토콘드리아와엽록체의내부공생의기원을설명하는데적당하지못한것은? 1 박테리아가후손을만들때미토콘드리아나엽록체의크기는적당했다. 2 미토콘드리아와엽록체는자신의 genome 을가지고있으며, 자신의모든단백질을생산한다. 3 그들은 Histon 과결합하지않은 circular DNA 를갖는다. 4 미토콘드리아와엽록체의막은진핵세포의기능과유사한효소와 transport system( 운송계 ) 을갖는다. 5 미토콘드리아와엽록체의 ribosome은진핵세포의 ribosome 보다대장균이나포도상구균, 질소균 (Azotobacteria) 와같은 Eubacteria의 ribosome과더유사하다. 풀이 )2 30

31 Ch 9 세포주기의조절 Ch 9-1 세포분열 1. 세포주기 (Cell Cycle): 세포분열이반복될때분열기 (M 기 ) 에서다음분열기까지 A. 간기 B. 분열기 핵분열 + 세포질분열, 염색체수의변화에따라감수분열과체세포분열 1) 핵분열 : 1 전기 2 중기 3 후기 4 말기 2) 세포질분열 : 1 동물세포 : 세포질만입 ( 바깥쪽 안쪽 ) 2 식물세포 : 세포의적도판위치에골지체가모여세포판 (cell plate) 형성 세포벽으로변화, 분리 ( 안쪽 바깥쪽 ) C. G 0 ( 분열정지기 ): 암세포는 G 0 기가없다 ; 복제양 Dolly 의탄생과밀접한연관 D. 세포주기조절인자 : cyclin, cdk 31

32 (1) G1/S (cyclin E)-Cdk = SPF (S-phase promoting factor) (2) G2/M (cyclin B)-Cdk = MPF (maturation promoting factor) 세포주기조절인자단백질유전자에돌연변이 세포주기의부적절한 monitoring 정상세포가암세포로발달 2. 진핵생물의염색체 뉴클레오솜 (nucleosome) 형태로안정화 염색질을이루는단위 뉴클레오솜 (nucleosome)=dna+ 히스톤단백질복합체 - 간기에는염색사의형태로있다가분열기에는염색체형태로응축 - 동원체 : 염색체의잘록한부분 세포분열시방추사가부착하는곳 염색체의종류 1 상동염색체 : 크기와모양이같은한쌍의염색체 ( 부모로부터한개씩물려받음 ) 2 상염색체 3 성염색체 예 ) 사람의염색체 : 2n=46 상염색체 : 44 개 (22 쌍의상동염색체 ), 성염색체 : 2 개 ( 남자 XY, 여자 XX) * 핵상 : 세포내의염색체수또는조합 생식세포의핵상 - n, 체세포의핵상 - 2n * n (genome) = 한쪽상동염색체의수 ; 생식세포에들어있는염색체또는유전자의 전체 ; 생물체의기능을유지하는데필요한염색체의한조 32

33 3. 체세포분열 : 모세포와동일한 2개의딸세포형성 4. 감수분열 ( 생식세포분열 ) 1) 감수분열의특징 : 세포분열이연속적으로 2회진행 (4개의딸세포형성 ) - 전기Ⅰ의 2가염색체 (=4분염색체 ) 사이의교차 ( 키아즈마관찰 ) 와중기Ⅰ의무작위분배 새로운유전자조합을통한자손의유전적변이증가 유전자의다양성추구, 다양한배우자를형성해환경변화에적응 체세포분열과감수분열의비교 비교점체세포분열감수분열 ( 생식세포분열 ) 식물 - 생장점, 형성층 분열장소 생식기관 동물 - 몸전체 분열시기생장할때체세포형성시생식세포형성시 분열횟수 1 회연속 2 회 ( 이형분열 동형분열 ) 염색체수변화없다 (2n 2n) 반감된다 (2n n n) DNA 의상대량 변화 1 (S 기 ) (S 기 ) 2 1 1/2 딸세포의수 2 개 4 개 의의 ( 분열 단세포생물 : 증식 생식 ; 수정후생물의정상적인 결과 ) 다세포생물 : 성장 염색체수를유지 ( n + n = 2n ) 교차없음있음 Ch 9-2 암 (Cancer): 세포가통제를받지않고증식하는것 ; 탈분화된세포 - 암세포 : 텔로머라제항상존재, 노화없이죽지않고영원히세포분열, 세포배양시 정상세포와같은접촉저해현상없음 33

34 - 원암유전자 ( 정상세포에서세포분열조절관여단백질암호화 ) 돌연변이 암유전자암억제유전자 : p53 - 암치료법 : 외과수술, 방사선요법, 화학요법 ( 항암물질 ), 면역요법, 호르몬요법, 유전자치료법 Ch 9-3 Telomere 와노화 - 텔로미어 : 염색체 DNA 양말단, 몇개염기로구성된반복서열존재, 세포분열시 (DNA 복제 ) 길이가짧아짐 세포노화 Ch 9-4 Apoptosis (Programmed Cell Death) - 세포사멸 : 유전자발현프로그램 ( 발생 ) 이나외부환경 ( 감염등 ) 에의해세포자살유도 Ch 9-5 분화 : 특정유전자의선택적발현 특수기능수행세포로분화 [ 확인문제 ] 1. Cell cycle 중 S 기에일어나는주현상은? 1염색체이동 2효소및구조단백질합성 3세포막형성 4DNA 형성 풀이 )4 2. 유사분열. 맞는것은? 1유사분열의전기란 DNA 의복제가일어나는단계이다 2유사분열의중기에는방추체에의하여염색체가적도판에일렬로배열 3인체의신경세포와근육세포는유사분열에의하여세포의복제가가능 34

35 4 유사분열은세포주기의 S 와 G 2 사이에일어난다 풀이 )2 3 간을이루는일부세포와모든신경세포는어릴때분열중지 4G 2 와 G 1 사이 3. 사람염색체의배수체는 46 이다. 다음중올바르지않은것은? 1n 은 23 이다. 2난자에는 23 개의염색체가있다. 3정자에는 46 개의염색체가있다. 4유사분열의중기과정에서는 92 개의염색체가존재한다. 풀이 )3 323 개 4난자에서온 23 개, 정자에서온 23 개가있었는데 S 기때복제가일어나각각 46 개씩되어총 92 개의염색체가존재. 4. 감수분열에대한설명중맞지않은것은? 1생식세포에서일어나며염색체의수를반감시킨다. 2암, 수의생식세포가각각감수분열을끝내면 4 개씩의동일한세포를만들어낸다. 3제 1 차감수분열전기에유전자의재조합이일어난다. 4유전자의재조합은결국생물의다양성을가져오므로환경에대한적응을유리하게한다. 풀이 )2 2전기Ⅰ의교차 (crossing over) 와중기Ⅰ의무작위분배 (random assortment) 에의해유전적변이발생하기때문에동일한세포가아니다. 5. 다음중감수분열에대한설명중틀린것은? 1교차가일어난다. 2제 1 감수분열은전기, 중기, 후기로나주어진다. 3제 1 감수분열때상동염색체쌍이분리된다. 4제 1 감수분열때염색분체가분리된다. 35

36 풀이 )4 동원체는분열하지않아서염색분체는분리되지않는다. ( 유사분열과감수분열 I 의 차이점 ) 6. 체세포분열과감수분열의특징을비교설명하라. 풀이 ) 감수분열 1 감수분열은난자와정자에서염색체수를절반으로줄임으로써수정이가능하도록해준다. 2 감수분열은염색체를섞고재배열시켜자손의유전적변이를증가시킨다. ( 전기Ⅰ의교차 (crossing over) 와중기Ⅰ의무작위분배 (random assortment) 에의해 ) 3제 I 감수분열과제 II 감수분열로나눔감수분열중기Ⅰ에서는한동원체에한극에서나온방추사만이부착된다. ( 한동원체에한극에서나온방추사만부착 ) ( 유사분열중기에서는양극에서나온방추사가양쪽에서한동원체에부착 ) 4생식세포형성시에만일어난다 5감수분열후기Ⅰ에서는한방향에서끌어당기기때문에동원체는분열하지않는다. ( 이동이시작되면자매염색체를그대로가지고있는상태에서상동염색체가서로분리되어극으로끌려가며후기Ⅰ이끝나면각딸염색체의염색체수는절반으로줄어든다.) 체세포분열 단세포생물 : 암컷과수컷에서오는유전물질의결합이없는무성생식의한방법 다세포생물 : 새로운세포를형성하고생장. 오래되고마모된세포의교체 - 상처의치유 7. 감수분열 II 는어떤점에서유사분열과유사한가? 1 상동염색체가접착한다. 2 분열전에 DNA 복제가일어난다. 36

37 3 딸세포는 2 배체이다. 4 자매염색분체가후기에분리된다. 5 염색체수가감소된다. 풀이 )4 8. 감수분열전기에양친으로부터온 2 개의상동염색체는서로마주접하여 (1) 가된다. 이어서이는 4 가닥의염색분체로되는데, 이때다른상동염색체유래의염색분체는여러점에서교차하며, 이교차점을 (2) 라고하는데, 이부분에서염색체의일부가바뀌면서 (3) 의교환이일어나며이러한과정을교차라한다. 풀이 ) (1) 2 가염색체 (2) 키아즈마 (Chiasma) (3) 유전물질 2 가염색체 (bivalent) : 이시기에는단지두가닥의실모양구조가관찰되기때문 4 분염색체 (tetrad) : 그후에곧바로각상동염색체에 2 개씩모두 4 개의염색분체가관찰됨 9. 암의발생과관련된항으로맞는설명은? 1모든암은단세포에서시작된클론이다 2virus 가암의원인이된다는증거는아직발견되지않았다 3화학적발암물질에노출되면잠복기를갖지않고암이즉시발생 4암세포는분화가잘일어난세포이다. 풀이 )1 Ch 10 유전 37

38 * 유전기본용어 대립유전자 : 대립형질을결정하는유전자. 상동염색체위에동일한위치에존재 표현형 : 겉으로들어나는형질 ( 둥글다, 주름지다 ) 유전자형 : 표현형을유전자기호로표시 (RR, rr, RRYY, RrYy) [1] 유전의기본법칙 1) 멘델의법칙 : 1 우열의법칙 2 분리의법칙 3 독립의법칙 2) 검정교배 (testcross) R (RR/Rr?) ⅹ rr [2] 여러가지유전현상 1) 중간유전 ( 불완전우성 ): 대립유전자사이의우열관계불완전 F 1 에서중간형질발현 ex) 분꽃 (Rr.. 분홍꽃 ) 2) 공동우성 : 이형접합체에서양친의특성이함께나타나는경우 예 )MN 혈액형 3) 치사유전 ex) 들쥐의털색유전 (YY 열성치사 ), 헌팅턴무도병 (HH,Hh- 우성치사 ) 4) 복대립유전 : 하나의형질에 3 개이상의대립유전자관여 ; 하나의유전자좌위에많은 대립유전자 ( 그러나, 한개체에서한형질은 2 개의대립유전자임 ) ex) ABO 식혈액형 5) 다면발현 : 하나의유전자가여러형질에관여 다인자유전 6) 세포질유전 ( 모계유전 ): 암컷의세포질에있는색소체유전자에의해잎의색깔이결정. 38

39 ex) 분꽃의잎의색깔 7) 크세니아 (Xenia) ( 부계유전 ) 1 찰벼 (aa) 의암술에메벼 (AA) 의화분을수분시키면, 찰벼그루에메벼가맺힌다. 2 메벼 (AA) 는찰벼 (aa) 에대해우성 : 정핵 (A) + 난세포 (a) 배 (Aa) 메벼맺힘 [3] 유전자와염색체 1) 연관 : 유전자들이동일염색체에존재. 생식세포형성시함께이동, 자손에함께유전!! 연관군 동일염색체상에연관되어있는유전자들 사람 2n = 46, 연관군 23 개 2) 교차 ( 불완전연관 ) 1 제 1 감수분열전기에 2 가염색체 ( 상동염색체의접합 ) 형성시 : 염색분체사이에서유전자일부교환 교차가일어나는장소는, 키아즈마 (Chiasma) 교차가없을때, 생식세포의분리비? AB:ab = 1:1 (Ab, ab 는없음 ) 교차가일어날때, 생식세포의분리비? AB:Ab:aB:ab = n:1:1:n 2 교차율 (r) 감수분열시연관되어있는두유전자사이에서교차가일어나는정도 (%) 유전자간의거리가가까울수록연관은강하고교차율은작다. 생식세포의비를알기위해검정교배이용 ( 검정교배시의표현형의비가생식세포의비와같으므로 ) 39

40 3 염색체지도 염색체에있는유전자의배열순서와상대적위치를교차율을이용하여 직선상에나타낸것 ; 1 모건 (morgan)= 교차율 1% 에해당하는상대적거리 [4] 성과유전 1) 반성유전 : 유전자가성염색체 X 에존재 ; 형질이암수모두에게유전 1 색맹 ; 열성유전 ; XX( 정상 ), XX'( 정상-보인자 ), X'X'( 색맹 ); XY( 정상 ), X'Y( 색맹 ) 2 혈우병 ; 열성유전 ; XX( 정상 ), XX'( 정상-보인자 ), X'X'( 치사 ); XY( 정상 ), X'Y( 혈우병 ) 2) 한성유전 : 유전자가성염색체 Y 에존재 ; 항상한쪽성 ( 수컷 수컷 ) 한정되어유전 ex) 사람의귓속털 3) 종성유전 : 상염색체에존재하는유전자로서발현형질이성과관계가있는유전 ; 성호르몬의영향을받아, 에따라우성과열성이달라진다. ex) 대머리 : 테스토스테론의영향 - 여자 : BB( 대머리 ), Bb( 정상 ), bb( 정상 ): 여자에게는열성 ( 호모일때만발현 ) 남자 : BB( 대머리 ), Bb( 대머리 ), bb( 정상 ): 남자에게는우성 [5] 사람의유전과변이 1) 사람의유전형질 - 한가지형질을나타내는데관여하는대립유전자의종류가많고, 1 개의유전자가관여하는형질이많다. 2) 변이 1 개체변이 : 같은유전적바탕, 환경에따라형질발현에차이 ; 후천적으로환경의영향을받아얻어진획득형질 유전되지않음. 2 돌연변이 : 어버이에게없던형질이자손에게나타나유전되는현상 ; 유전자나염색체의이상에의해나타남. ᄀ유전자돌연변이 DNA 의염기서열변화 ex) 겸형적혈구빈혈증, 페닐케톤뇨증 40

41 ᄂ염색체돌연변이ㄱ. 염색체의구조이상 : 1결실 2중복 3역위 4전좌 : 상동이아닌염색체사이에서염색체일부교환ㄴ. 염색체수의이상 이수성- 감수분열시염색체의비분리현상으로염색체수가정상보다많거나적어짐 (2n±1, 2n±2) 예 ) 핵상특징 다운증후군 2n+1 21 번염색체가 3 개 터너증후군 2n-1 성염색체 XO, 외관상불완전한여자, 생식불능 클라인펠터증후군 2n+1 성염색체 XXY, 외관상불완전한남자, 생식불능 배수성 염색체의기본수 1 조 (n) 가증감하는현상 배수체 2배체 (2n) 반수체 (n), 3 배체 (3n), 4 배체 (4n) 등으로되는경우 - 다배체는동물에서보다식물에흔하고진화에중요한역할 ; 배수염색체를가지는식물은정상식물보다더크고생장력이왕성한경향 [ 확인문제 ] 1. 멘델의유전실험중에서한형질에대한유전자형이우성과열성유전자로구성되어있고표현형이우성인이형접합체 (heterozygote) 끼리교배시킨결과, 다음세대에서이형질에대한우성과열성의표현형이 3 :1 으로나타났다. 이런현상은? 1우성의법칙 2분리의법칙 3독립의법칙 4중간유전의법칙풀이 )2 41

42 2. 멘델은둥글고 (R) 노란색 (Y) 의콩을주름지고 (r) 녹색 (y) 인콩과교잡하였다. 1)F 1 에서얻은콩의유전자형과표현형은? 2)F 1 을자가수정시켰을때예상되는 F 2 의표현형의종류와비율은? 3) 위에서와같은결과로부터무엇을알수있는가? 풀이 ) 1)RrYy, 둥글고노란색인콩 : 우열의법칙 2) 분지법을이용하면쉽게구할수있다. RrYy x RrYy 를교배시키면표현형 3/4 둥근 3/4 노란색 9/16 둥글고노란색인콩 1/4 녹색 3/16 둥글고녹색인콩 1/4 주름진 3/4 노란색 3/16 주름지고노란색인콩 1/4 녹색 1/16 주름지고녹색인콩 9 : 3 : 3 : 1 = 둥글고노란색 : 둥글고녹색 : 주름지고노란색 : 주름지고녹색 3) 두쌍의유전형질이유전될때각쌍의유전자는다른유전자에영향을미치지않고서로독립적으로분리의법칙을따라유전한다. 즉독립의법칙이성립한다. 3. ABO 혈액형유전방식과응집관계에대해설명하시오. 풀이 ) 적혈구에존재하는특정항원에유무에따라혈액형이구별된다. ( 적혈구세포막에 붙어있는다당류 ) 복대립인자는 A, B, AB, O 형등의혈액형을나타내는 ABO 혈액형이다. ABO 혈액형을결정하는대립인자는 I A, I B, I O 이다. (I 유전자 : 다당류를생산하는데 관여함 ) 42

43 I A, I B 는공우성 (codominance) 이고적혈구막에각각 A 항원과 B 항원을갖고있으며, 대립인자 I O 는 I A, I B, 에대하여열성이다. 모든사람의면역계는자신의세포표면에존재하지않는항원에대한항체를만든다. A 형의사람은항 B 항체를, B 형은항 A 항체를, O 형은이두종류의항체를생산한다. 혈액형 A 형 B 형 AB 형 O 형 응집원 A B A, B 없다 응집소 β α 없다 α, β A 형표준혈청 ( 항 β 혈청 ) : 응집이되면 B 형 ( 왜냐면 A 형표준혈청에는응집소 β 있으므로 수혈받는 B 형의피에응집원 B 가있어서응집 ) B 형표준혈청 ( 항 α 혈청 ) : 응집이되면 A 형 A 형, B 형표준혈청에모두응집이되면 AB 형 A 형, B 형표준혈청에모두응집이안되면 O 형 cf) 복대립유전자 : 하나의유전자좌위에많은대립유전자가있을수있다. 4. 정상적인유전적예측에의하여색맹인여자아이아버지의유전자형을설명하시오. 풀이 ) 딸이색맹 (X'X') 이므로딸아이의아버지는반드시 X'Y( 색맹 ). 5. 다음중반성유전 (X- 연관유전 ) 이아닌것은? 1 초파리눈빛깔의유전 2 색맹 3 혈우병 4 귀의다모증 풀이 )4 6. 염색체와유전에관련된설명중맞지않는것은? 1 사람에서발생하는 X- 연관유전의예로는적록색명과혈우병이있다. 43

44 2하나의형질을결정하는두개의대립인자는상동염색체상의동일한유전자좌위에위치한다. 3한쌍의유전자분배가다른유전자쌍과무관하게이루어지는것을독립의법칙이라한다. 4한염색체위에있는두유전자의형질발현에서일어나는연관 (linkage) 은독립의법칙에따른다. 풀이 )4 7. 같은염색체상에있는유전자들의재조합빈도가다음과같을때, 그유전자들의순서는? ( 재조합빈도 : A-B=8 map units ; A-C=28 map units A-D=25 map units ; B-C=20 map units ; B-D=33 map units ) 1 A-B-C-D 3 B-A-C-D 2 A-C-D-B 4 D-A-B-C 풀이 )4 8. 양성잡종 AaBb 에서 Ab/aB 가서로연관되어있고교차율이 50% 이다. 이개체가 만드는생식세포의분리비는 Ab : AB : ab : ab 는? 풀이 ) 교차율이 50%( 독립유전 ( 이므로 Ab : AB : ab : ab = 1 : 1: 1 : 1 이된다. 9. 초파리에서나타난세가지형질에대하여교배를한결과다음과같은유전자형의 자손을얻었다. 연관된유전자는어느것인가? RrXxYy x rrxxyy 1 RrXxYy : 1 rrxxyy : 1 RrXxyy : 1 rrxxyy 1 ( R 과 X ), ( r 과 x ) 2 ( X 와 Y ), ( x 와 y ) 3 ( R 과 Y ), ( r 과 y ) 4 ( R, X 와 Y ), ( r, x 와 y ) 풀이 ) 1 검정교배와연관과교차 44

45 만약연관이안되어독립유전을한다면 RrXxYy 의생식세포의종류만큼의자손을얻을것임. 즉 RrXxYy, RrXxyy, RrxxYy, Rrxxyy, rrxxyy, rrxxyy, rrxxyy, rrxxyy 그런데자손의유전자형을보니까 RrXxYy : rrxxyy : RrXxyy : rrxxyy = 1:1:1:1 의비로나타났다. 즉이말은세가지형질이독립유전을따르는것이아니라연관된유전자가있다고말할수있다. 위의자손의유전자형이나올수있는경우는 R 과 X, r 과 x 가한염색체에서같이행동하는경우이다. 10. 아래의그림과같이유전자가배열되어있을때이를 genotype ddeeff 와교배시키면 다음대의표현형의종류는? ( 단, 교차는일어나지않았다.) 풀이 )3 왼쪽오른쪽은서로상동염색체이다. 그리고 D 와 E(d 와 e) 는서로연관되어있다. 위의그림의염색체조합에서나올수있는생식세포는 DEF, DEf, def, def 이다. 만약 D,E 와 d,e 가서로교차되면나올수있는생식세포는 DEF, DEf, def, def, DeF, Def, def, def 8 종류가된다. 11. 외관상불완전한여자로 X 염색체가 1 개적은 XO 를갖는이수성? 풀이 ) 터너증후군 12. 염색체의수적이상으로생기는돌연변이를설명한것이아닌것은? 1 감수분열에서상동염색체의불분리 ( 미분리 ) 로일어난다. 45

46 2 다운증후군은 21 번째염색체가트리소머를이룬다. 3X 선및그밖의이온화방사선으로염색체가절단되었을때일어날수있다. 4 배수성은식물의경우콜히친같은화학약품을이용하여인위적으로유발시킬수있다. 풀이 )3 1 이수성 2 이수성 3 염색체의구조적이상 4 배수성 ( 콜히친을처리하면방추체의 형성이억제됨 ) 13. 염색체의구조적이상으로생기는돌연변이가아닌것은? 1 결실 2 배수성 3 역위 4 전좌 풀이 )2 Ch 11 중심명제 (CENTRAL DOGMA) Replication Transcription Translation DNA RNA Protein Reverse Transcription 특정형질의발현 : DNA로부터단백질로의유전정보의흐름 (DNA mrna Protein), 생명체를이루는유전물질의근간이되는것은 DNA라는가설 Ch11-1 핵산기본구조 (1) 구성원소 : C, H, O, N, P (2) 구성단위 : 뉴클레오티드 (5 탄당 + 인산 + 염기 ) (3) 구성단위의연결 : 인산이중에스테르결합 46

47 핵산의종류 (1) DNA (deoxyribo nucleic acd): 유전정보의저장, 복제이중나선구조 1 수소결합과소수성상호작용에의해안정 2 상보적인수소결합 (A=T, G C): Chargoff's rule (A = T & G = C) 3 이중나선은서로역방향배열 (antiparallel) 4 당과인산은이중나선의골격, 염기는이중나선의안쪽에위치 DNA 이중나선구조의종류 (1) B-form (Watson-Crick helix): 오른나사, 역방향, major/minor groove (2) A-form: dehydrated form; usually found in RNA-RNA & DNA-RNA hybrids (3) Z-form: 왼나사, polymers of alternating purines and pyrimidines, 특정암에서발견 DNA의특징들 1 DNA 는 deoxynucleotide 들의연결 2 5 탄당 (deoxyribose) 은 2 번탄소에 OH 기없으며 3 인산 (phosphate) 기는 (-) charge 제공 4 염기 (base) 는 purine 계 (A, G) 와 pyrimidine 계 (C, T) (2) RNA (ribonucleic acid) 1) 종류및기능 1 mrna 2 rrna 3 trna 2) 특징들 1 RNA 는 nucleotide 들의연결 47

48 2 5 탄당 (ribose) 은 2 번탄소에 OH 기존재 3 인산 (phosphate) 기는 (-) charge 제공 4 염기 (base) 는 purine 계 (A, G) 와 pyrimidine 계 (C, U) Ch11-2 DNA 유전물질로서이용되기에적합한 DNA의성질 : 유전정보, 복제성, 안정성, 유전적가변성 (Mutability) DNA 가유전물질이라는증거 (1) 폐렴균의형질전환 (2) Hershey-Chase의실험 Ch11-3 DNA 복제 (Replication): DNA 주형과 free 3' -OH group 필요 반보존적복제 : Meselson 과 Stahl ( 15 N/ 14 N) 증명 원핵생물의복제에필요한효소들 복제에관련된요소들 기능 initiator proteins (DnaA, DnaB, DnaC) 복제기점 (replication origin) 에결합하여 DNA strand 를분리하여복제를시작하게한다. DNA helicase 복제포크 (replication fork) 에서이중나선의 DNA 를풀어준다. SSB(single-strandbinding proteins) 풀어진단일나선에결합하여재결합을방지한다. DNA gyrase 복제포크앞에서이동, DNA 를절단하고봉합 DNA 의풀림과꼬임조절, 장력제거 복제포크에서 DNA supercoiling (3 차구조 ) 을풀려있게한다. ( 진핵 topoisomerase) Primase 짧은 RNA primers 를합성한다. RNA primer 는 DNA 사슬에결합하기위한 3 -OH group 을제공한다. DNA polymeraseⅢ 5' 3' polymerase activity 로새로운 DNA strand 를신장 (elongation) 시켜나간다. 48

49 DNA polymeraseⅠ 5' 3' exonuclease activity 로 RNA primers 를제거하며, 그부분을 dntps 로대체한다. DNA ligase lagging strand 에서의새롭게합성되어지는 Okazaki fragments 를연결한다. 원핵생물과진핵생물의 DNA polymerases 비교 (1) E. coli 내에서의 DNA polymerases DNA polymerase 기능 DNA polⅠ RNA primer 제거 DNA polⅡ DNA repair DNA polⅢ DNA 주된합성 (2) 진핵생물 DNA polymerases DNA polymerase 기능 α(alpha) DNA 합성의시작 (priming 기능 ) β(beta) DNA repair 와 recombination 기능 γ(gamma) 미토콘드리아 DNA 합성 δ(delta) leading strand 와 lagging strand 의주된합성 복제과정 시작 (initiation), 진행 (elongation), 종결 (termination) 1. 시작 (initiation) (1) 원핵생물 (prokaryote): 1 개의복제개시점 (2) 진핵생물 (eukaryote): 다수의복제개시점 2. 진행 (elongation) 49

50 (1) 원핵생물 (prokaryote) 1) 복제포크 (replication fork) event 1 gyrase 가 supercoiling 제거 2 helicase 가 DNA 의이중나선을풀어줌 3 SSB 가풀려진나선의재결합방지 4 DNA polymeraseⅢ는 dntps를이용 5 3 polymerization 수행 5 leading strand 와 lagging strand 동시에합성, 5 3 방향성때문에 lagging strand 에서는 looping 6 primase가 RNA primers 합성수행 7 DNA polymeraseⅠ: 5 3 exonuclease activity 가 RNA primer 제거 합성 연결은 ligase 2) 선도가닥 (leading strand): 연속적복제 (continuous replication) 지연가닥 (lagging strand): 불연속적복제 (discontinuous replication) 50

51 (2) 진핵생물 (eukaryote) 1) prokaryote와거의유사, 몇가지차이점 2) histones 은 DNA 와해리되었다가재결합 원래의 histones 은 leading strand 쪽의 dsdna 에결합, 새롭게합성된 histones 은 lagging strand 를포함하는 dsdna 에결합. 3. 종결 (termination) (1) 원핵생물 (prokaryote): circular DNA form 1) termination (Ter) site 에서복제의종결 (2) 진핵생물 (eukaryote): linear DNA form 1) 새로합성된 strand 의 5'-end 부분에서 RNA primer 제거 불완전한 5'-end 2) chromosome 끝부분인 telomere 에는 TTAGGG ( 사람 ) 가수백번반복 3) 불완전한 5'-end의극복을위해 telomerase 존재 51

52 4) 노화가진행될수록 telomere 의길이가짧아짐 DNA replication 의특성 1. 반보존적복제 2. 개시는특정염기배열에서일어난다 (replication origin) 3. Replication fork 는양쪽방향으로이동 - bidirectional 4. Chain elongation 은 5' 3' 방향 5. 선도가닥은연속, 지연가닥은불연속복제 - Okazaki fragment 6. RNA primer 필요 Ch 11-4 RNA RNA Types 1. messenger RNA (mrna): 유전정보전달 (about 10% of cellular RNA) 2. transfer RNA (trna): 아미노산운반 (about 20% of cellular RNA) 3. ribosomal RNA (rrna): 리보솜구성성분 (about 70% of cellular RNA) Ch11-5 전사 (Transcription) 원핵 : a single polymerase ((2(( + σ 시그마 ) 진핵 : 3 distinct RNA polymerases RNA pol I: 18S, 5.8S, and 28S rrna RNA pol II: mrna precursors and some snrnas and scrnas RNA pol III: trna, 5S rrna, and some snrnas and scrnas 원핵 -35 & -10 (Pribnow box) region; seq 와 spacing 이프로모터효율에중요 52

53 시그마인자가 -35 & -10 regions 인식 진핵 RNA pol II- mrna genes 진핵 mrna 유전자기본구조 : exon+intron+basal promoter+enhancers TATA-box (similar to Pribnow-box) & CCAAT-box 원핵에서의전사 (1) Initiation: Promoter: 전사개시를위한 RNA pol 결합부위 (Sigma 인자가결합 / 인식 ) (2) Elongation: de novo RNA synthesis - primer 불필요 (3) Termination : rho 단백질의존적 & rho-비의존적 진핵에서의전사 1. 진핵세포전사개시참여인자 (1) RNA 중합효소 (2) 전사인자 (Transcription factors): 전사개시에필요 Transcription factors 의작용방식 : 1 특정 DNA 염기서열인식 2 단백질상호작용 (3) Promoters (4) Enhancers: 특정 DNA 서열, RNA 중합효소의프로모터이용성증가, 특정세포에서만기능, Function on either DNA strand, in either orientation, and in any location (upstream or downstream) relative to the promoter Ch11-6 mrna 의전사후변형 (Proceccing): 핵에서수행 Capping: 유전정보의보호와번역 (translation) 시인식되는부분 53

54 2. 3 -Poly A tailing: 유전정보의보호와 mrna 가핵공을통해빠져나갈수있는신호 3. RNA 스플라이싱 (splicing): intron (GU---AG) 을제거하고 exon 을잇는과정 Ch11-7 단백질 (Protein) 구성원소 : C, H, O, N, S 구성단위 : 20 개아미노산 different R (reactive) group 각단백질의구조와기능결정에중요 구성단위의연결 : 펩티드결합 (peptide bond) Ch11-8 번역 / 해독 (Translation) I. 유전암호 (genetic code) 1 codon - anticodon 2 유전암호는 nonoverlapping ( ORF 3 암호의방향성 (direction): 5 (3 on mrna 4 종결코돈 : nonsense codon 5 축퇴성 (degeneracy): 동요가설 (Wobble hypothesis) 에의해설명 6 유전암호의보편성 : 생물계전체 ( 진핵생물계, 원핵생물계, virus) 에서같은암호가통용 54

55 예외 ) 사람과효모의미토콘트리아 DNA 에서는보편성이적용안됨 II. 단백질합성 (Translation) in 원핵생물 : GTP 가관여 1. 개시코돈 : AUG (fmet) 2. 단백질합성개시 130S가 mrna에결합 50S subunit 결합 70S 형성 3. 신장 1 코돈인식 : aminoacyl trna (EF-Tu*GTP 복합체 ) 의 anticodon 이리보좀에결합 2 펩티드결합형성 : 50S subunit 의일부분은 peptidyl transferase 3 전이 : EF-G*GTP 복합체 4. 종결 단백질합성의종결신호는 UAA, UAG, UGA 종결코돈들과상보적으로대응할수있는 anticodon 을갖고있는 trna 가없어 A site 가비어있다. 이때 RF (releasing factor) 가리보좀에부착되면 trna 의 translocation 현상을유도하여 P site 에있는 polypeptidyl-trna 는 P site 를떠나게되고 trna 와 polypeptide chain 은가수분해효소에의해분리 trna가유리되면 mrna도분해되고따라서 70S ribosome은 30S와 50S로분리 [ 확인문제 ] 1. 생명체를구성하는핵산에대한설명으로적절한것은? 1뉴클레오티드는염기와 5 탄당의 2 부분으로구성된다 2DNA 를구성하는염기중아데닌과티민은이중고리구조를갖는다 3모든 DNA 와 RNA 는 5 에서 3 방향으로해독된다 4핵산을구성하는염기는모두질소원자를갖고있으며 5 탄당의 5 번탄소원자에부착된다. 55

56 풀이 )3 1 뉴클레오티드 = 염기 + 5 탄당 + 인산 2A, G : 이중고리구조 2. DNA 의구조를설명한것중틀린것은? 1DNA 의구성염기에는퓨린유도체인티민과시토신, 피리미딘유도체인아데닌과구아닌의 4 종류가있다. 2DNA 분자는 polynucleotide 2 가닥이꼬여서이중나선구조를이룬다. 3각각의마주보는염기사이에는수소결합이형성된다. 4한쪽가닥의염기배열을알면상대방가닥의염기배열을알수있는상보적구조 (complementary structure) 로되어있다. 풀이 )1 1purine 유도체 : A, G. Pyrimidine 유도체 : C, T. 3. 유전물질에대한설명으로맞지않는것은? 1서로다른생물종이라도 DNA 는모두 4 가지종류의기본뉴클레오타이드로되어있다. 2DNA 는 virus 를포함한모든생물체의유전물질이다. 3종에따라 DNA 양은일정하다. 4RNA 도유전물질이다. 풀이 )2 4. 티민이아데닌하고결합하고구아닌하고는결합하지않는이유는? 1 T-G 쌍은너무넓어서 DNA 나선구조에안맞는다. 2 T-G 쌍은너무좁아서 DNA 나선구조에안맞는다. 3 T 와 G 는같은극성이므로배척한다. 4 T 와 G 의기능기는서로수소결합을이룰수없다. 풀이 )4 Pu-Pu 쌍으로존재할수없는이유 : 너무넓어서 DNA 나선구조에안맞는다. Py-Py 쌍으로존재할수없는이유 : 너무좁아서 DNA 나선구조에안맞는다. 56

57 5. RNA 와 DNA 의차이를설명하라. 풀이 ) DNA 이중나선구조, complementary sequence( 상보적인염기서열을가짐 ) antiparallel 구조, 반보존적인복제 두나선은수소결합을하고있고 hydrophobic interaction 과 base stacking 에의해수소결합은극대화됨 major groove 와 minor groove 는 base 가노출되어있어서특정단백질의결합이가능 RNA 1DNA 와다른점 당성분의차이 : RNA 는 ribose 를함유 (2 번탄소에 -OH 군이붙어있음 ) thymine 대신 uracil 을가진다. 1 가닥의폴리뉴클레요티드 (DNA 는이중나선구조인반면 ) 기능은단백질합성 (DNA 는유전자본체 ) 있는곳 : 핵, 리보솜 (DNA 는염색체, 미토콘트리아, 중심체, 엽록체 ) 2RNA polymerase 는 primer 필요치않음 3RNA 는세종류 (trna, mrna, rrna 가있다 ) 년 Meselson 과 Stahl 은 Waston 과 Crick 의 DNA 모델을기초로하여 DNA 복제에 관한실험을하였다. 이실험을기초로하여다음물음에답하라. 먼저대장균을 15 NH 4 Cl 가 포함된배지에서여러세대배양하여대장균의 DNA 염기들이모두 15 N 을갖게하고이들 57

58 대장균세대를 G 1 이라고하자. G 1 의대장균일부를 14 NH 4 Cl 가포함된배지에옮겨 배양하여 1 회분열한것 (G 2 ) 과 2 회분열한것 (G 3 ) 을얻었다. 1. G 3 로부터 DNA 를추출하여 15 N : 14 N 의함량비를측정하였을때이들의함량비는? 2. 위와같은 DNA 복제를무엇이라하는가? 풀이 ) : 14 = 1 : 3 2. 반보존적복제 7. DNA 복제기작 (DNA replication mechanism) 에대하여이에관련된효소와연관지어자세히설명하라. ( 필요한경우그림을그려서설명하시오.) 풀이 )DNA 복제기작에필요한효소들만열거해보면 ( 기작에관한사항은위에나와있음 ) Topoisomerase II DNA unwiding protein( 이중나선을푼다 ) single-stranded binding protein(ssb protein)( 단일가닥을안정하게한다 ) RNA polymerase(primase)(rna primer 합성한다 ) DNA polymeraseiii(5 3 polyerase activity)(dna 를합성한다 ) DNA polymerase I(3 5 exonuclease activity)(primer 제거와 gap 을채운다 ) DNA polymerase III(3 5 exonulease activity) DNA ligase(dna 끝들을연결한다 ) 8. DNA 의 coding strand 의염기서열이 5'GATTACC3' 일때 1 상보적인다른가닥의염기서열과, 2 이로부터전사되는 mrna 의염기서열은무엇인가? (5' 3' 순으로쓰시오 ) 풀이 )sense(coding) strand, antisense(template) strand mrna 염기서열과 coding strand 의염기서열은같다. 58

59 1 번답은 5-GGTAATC-3 2 번답은 5-GAUUACC-3 9. 다음과같은염기서열을가진 DNA 가있다. 5 AAA TCA GGT CTG TAA TAA TTC CAT GGT 3' 1. 위의 DNA 가닥으로부터전사되는 mrna 의염기서열은? 2. 위의 DNA 사슬로부터만들어지는펩티드사슬은몇개의아미노산으로이루어지는가? 풀이 ) 1. 5 ACC AUG GAA UUA UUA CAG ACC UGA UUU 2. 6 개. AUG : start codon. UGA : stop codon 10. 다음은어떤 DNA 의염기서열의일부를나타낸것이다 A-T-C-A-C-C-G-A-T----- 위의 DNA 서열에대한 mrna 와상호작용할수있는 trna 의코돈 (codon) 을배열하라. 풀이 ) mrna 염기서열 : 5 -AUCGGUGAU-3' trna 염기서열 : 5 -AUCACCGAU-3' 11. 유전암호는총 (1) 종류가있는데, 이중 3 개의암호 (UAA, UAG, UGA) 는어떤아미노산의위치도규정하지않아서 (2) 이라하며, 단백질합성의종료를지시하여종료코돈이라고도한다. 메티오닌암호인 (3) 는유전자의앞에있을때단백질합성을지시하고해독개시암호로작용한다. 풀이 ) (1) 64 (2)nonsens codon( 넌센스코돈 ) (3)AUG 12. 단백질합성에관한설명이다. 틀린것은? 120 개아미노산각각에단백질합성과관련되어적어도한종류의 trna 가관계한다 2mRNA 에다수의리보솜이부착되어있는것을 polysome 이라한다 3tRNA 분자에는 3 개의염기가형성하는 codon 부위가존재한다 59

60 4DNA 에서 mrna 를합성하는단계를전사라한다. 풀이 )3 3anticodon 13. 다음과같은단백질합성과정이올바르게배열된것은? a. 완전한형태의리보소옴형성 b. DNA 주형의형성 c. 펩티드결합의형성 d. 역코돈과코돈의인식 e. 리보소옴안에서폴리펩티드의이동 1a, b, c, d, e 2c, a, e, d, b 3b, a, d, c, e 4b, a, d, e, c 풀이 )3 14. 단백질합성의기작을설명한것중옳은것은? 1DNA 를주형으로하여전사된 trna 는리보좀과결합한다. 2단백질합성이시작되는 mrna 의첫번째유전암호는 5 -AUG-3' 로서이것을개시코돈이라한다. 3mRNA 는독특한클로버형구조이며 3 말단에아미노아실기가결합한다. 4DNA 의염기배열순서에따라아미노산배열순서가결정되며이때 2 개의염기가 1 개의아미노산을결정한다. 풀이 )2 1mRNA 3tRNA 43 개의염기 Ch 12 PROTEIN TARGETING/TRAFFICKING Overview of sorting of nuclear-encoded proteins in eukaryotic cells 60

61 Cotranslational Targeting of Secretory Proteins to the Rough ER Ch 13 유전자발현의조절 원핵생물 : 전사와동시에번역이일어남 ; 전사시작의 control 이발현조절의주요단계 ; 다유전자발현 (operon; polycistron) 진핵생물 : nuclear membrane 전사와번역이따로진행됨 prokaryote 보다많이복잡 ; 다단계균등유전자발현조절 ; 일유전자발현 (monocistron) 61

62 Ch13-1 원핵생물의유전자발현조절 Operon: promoter+operator+structural gene ( 구조유전자 ) 로구성, repressor 가 operator 에결합 / 조절 operons polycistronic 유전자발현의조절은대부분전사개시 ( 프로모터 ) 단계 원핵 operon 의전사조절 유도성오페론과억제성오페론의차이점 유도성오페론 (lac operon) 억제성오페론 (trp operon) 오페론폐쇄 오페론전사 inducer 가 repressor 에결합 corepressor(trp) 가 repressor 에결합 repressor 복합체형성 repressor 의 operator 에대한결합불가로 활성된 repressor 복합체가 오페론작동 operator 에결합하여오페론폐쇄 repressor 단독으로 operator 에결합 repressor 단독으로 operator 에결합못함 Ch13-2 진핵생물의유전자발현조절 62

63 진핵생물의유전자발현조절 6 단계 전사조절단계 : 염색질구조 (methylation 부위 발현감소 ), 전사개시 (enhancer 와전사인자의선택적결합 ) RNA 가공조절단계 : 전사후변형 RNA 이동조절단계 : mrna 의핵공을통한세포질로의이동 mrna 분해조절단계 : mrna 의안정성번역조절단계 : 번역개시단백질활성조절단계 : 번역후가공, 단백질이동, 단백질의안정성 [ 확인문제 ] 1. 유전자의발현과조절에대한설명으로맞지않는것은? 1오페론설은원핵세포에서연구된것으로서유전자의발현이조절될수있음을나타내는이론이다. 2원핵세포는전사와함께해독이비교적단순하게빨리일어나지만진핵세포에서는 RNA 의합성과해독의장소가달라복잡하다. 3유전자의발현에는전사인자가중요한역할을한다. 4promoter 란 DNA 중합효소가붙는자리로서보통특이한염기서열을가지고있다. 풀이 )4 4RNA polymerase 2. Enhancer 는? 1 특정유전자의전사를촉진하는조절영역이다. 2 mrna edting 이라는전사후조절에관여한다. 3 주로원핵생물에서번역을자극하는개시인자 (initiation factor) 63

64 4 전사후조절을활성화하는단백질 (activating protein) 풀이 )1 3. 다음대사과정을보고 최종기질 A 기질 B 최종산물 D 효소 a 효소 b 1) 최종산물 D 에의해효소 a 의활성이억제되는것을무엇이라하나? 2) 최초기질 A 에의해효소 b 가활성화되는것을무엇이라하나? 풀이 ) 1)feedback inhibition 일련의효소반응에의한대사과정에서최종산물이과다하게생성되어축적되면이생성물이초기효소의알로스테릭억제인자로작용하여효소활성이억제되어전체대사경로는차단된다. 2)precursor activation( 전구물질활성화 ) 대사초기반응기질이최종반응효소의알로스테릭인자로작용하여활성을높여줌으로써일련의반응속도를촉진시키는경우 4. 효소의피이드백조절을설명하는것가운데맞지않는것은? 1주로알로스테릭효소인경우가많다. 2일련의효소반응에의한대사과정에서최종산물이대사경로의초기효소를억제시킴으로써반응을차단시킨다. 3 조절인자가결합하여촉매부위의입체구조를변화시킴으로써효소의촉매반응을촉진또는저하시킨다. 4대사의초기반응기질이최종반응효소에작용하여반응속도를저하시킨다. 64

65 풀이 )4 4precursor activation Ch 14 유전공학 유전자재조합 핵치환 ( 복제양돌리 ) 세포융합 ( 포마토 ) 1. 치료적호르몬의대량생산 - 인슐린 2. 질병의진단과치료 - DNA microarray, RFLP 분석방법 병의조기진단 - 개인유전자프로파일 맞춤의학 3. 백신의대량생산 - 유전자변형으로무해한인공돌연변이병원체생산 백신으로사용 4. 유전자치료법 - 결함이있는유전자를정상대립유전자로교체하여질병을치료 -영구적효과를위해지속적으로분열하는골수에있는조혈모골수세포등에주입 5. DNA 재조합기술 수많은유용작물대량생산 - 박테리아클로닝에필수적인파아지나플라스미드빠른속도로증식하여단백질의대량생산이적은비용으로가능 많은부가가치가높은단백질을생산하는숙주로사용 65

66 -그러나많은진핵생물의유용단백질이실제활성화되기위해서는당분자의첨가등해독이후여러변형기작이필요 포유동물세포나효모등사용 -최근배양세포가아닌완전한동물이나식물을사용한대량생산을연구. 예 ) 사람의유전자를동물에주입하여젖으로분비토록하는것. Ch14-1 Genetic Rearrangement 진핵생물의 genetic recombination ( 유전자재조합 ) 이일어나는시기 * 감수분열전기Ⅰ 원핵생물의유전자재조합 1형질전환 (transformation) 2형질도입 (transduction) 3접합 (conjugation) 형질전환 (transformation) 형질도입 (transduction) 접합 (conjugation) Ch14-2 DNA Modifying Enzymes 제한효소 - 박테리아가파아지나다른생물로부터유입되는이질 DNA를잘라자신을보호 - 재조합 DNA 기술에서사용하는 DNA를자르는도구 - 특정서열인인식부위를인지, 절단 ( 예 : EcoRI 은 GAATTC) 제한효소절단지점 (restriction site) 66

67 DNA 리가아제 5'- 인산기와 3'-OH 사이에인산이중에스테르결합형성 Ch14-3 Cloning & Expression Vectors Plasmid 핵외성 / 원형 DNA, 복제개시점 (oric), selectable marker ( 항생제내성유전자 ) Phage cos site + 외부 DNA Yeast Artificial Chromosomes (YAC) telomeres+oric+centromere+selectable marker+ 외부유전자 cloning limit: plasmid < phage < YAC Linking DNA Fragments to a Vector with Ligase General Steps of Cloning with Any Vector 유전자재조합에필요한기본적요소들 (1) vector: DNA 운반체 67

68 (2) 목적으로하는 DNA: 도입하고자하는유전자 (3) 효소들 : 제한효소 (restriction enzyme), ligase *cdna: 역전사효소필요 (4) 숙주 (host): bacteria, 식물, 동물등적합한형질전환시킬생명체사용 -클로닝순서와방법 1. DNA 준비 : 플라스미드와유용유전자를가진 DNA 분리 2. 재조합 DNA 의제조 : 같은제한효소를이용한 DNA, 플라스미드절단과 DNA 결합효소를이용한연결 3. 클론된재조합플라스미드를박테리아에도입 ( 형질전환 ) 4. 생물공장의형성 : 클론세포증식과다른필요한경우다른생물체로의도입 Ch14-4 전기영동Gel Electrophoresis 핵산 / 단백질을크기나전기적전하에따라분리 agarose: 분자량이클때, 해상력이낮다. 핵산분리 polyacrylamide (PAGE): 분자량이작을때, 해상력이높다. 핵산분리, 단백질 (SDS처리 크기에따라서만 ) 분리, 2D 전기영동 ( 단백질을크기와전하에따라분리 ) 68

69 Ch14-5 Blotting Southern Blotting: DNA 확인 ( 표지된핵산이탐침으로쓰임 혼성화반응 ) Northern Blotting: RNA 확인 ( 표지된핵산이탐침으로쓰임 혼성화반응 ) Western Blotting (=Immunoblotting): 단백질확인 ( 표지된항체로탐색 ) Ch14-6 역전사역전사효소 : mrna+primer (oligo dt 등 ) cdna - mrna 는화학적으로불안정 RNase - 특정세포나환경, 또는조직에서발현되는유전자조사에중요 - cdna 클로닝 / 유전자도서관제조 - cdna 는인트론이제거된 mrna 에서유래 RNA 스프라이싱기작이없는박테리아세포에서도정확하게전사, 해독되어진핵생물의단백질을만들수있다. Ch14-7 PCR (Polymerase Chain Reaction): 중합효소연쇄반응미량의 DNA를증폭 (1) 개념 : 소량의 DNA 를원하는양으로 DNA 를증폭하는기술로범죄수사, 친생자감별등법의학에커다란기여 (2) 필요한요소 : 주형DNA, Taq polymerase, DNA primer, dntp (3) 증폭과정 1) 변성 (denaturation) 2) 결합 (annealing) 3) 중합 (polymerization 69

70 Ch14-8 DNA Sequencing DNA Sequencing (1) 개념 : A, G, T, C 가어떠한순서로되어있는지그염기서열순서를밝히는기술 (2) Maxam-Gilbert 방법 : chemical 사용, 화학적방법, 초기단계에사용 (3) Sanger 방법 : ddntp 와 DNA polymerase 이용, 효소적방법, 널리활용 Ch14-9 Genomic DNA/cDNA Library 70

71 gdna 또는 cdna 가벡터에클로닝된전체클론 -DNA 는 plasmid (10kb 이하 ), BAC 또는 YAC (10kb 이상 ), 또는 phage DNA 벡터에 클로닝가능 Ch14-11 Making Dolly 체세포핵치환방법 Somatic-cell nuclear transfer (SCNT) : 세포융합 b/n 핵제거난자 & 체세포핵 세포배양 핵제거난자세포질의 Reprogramming factor가난할유도 배반포단계에서대리모자궁이식 출산 Ch14-12 Stem Cell ( 줄기세포 ) 수정란배아줄기세포 : 복수능, 인공수정치료복제배아줄기세포 : 복수능, 체세포핵치환방법 세포치료성체줄기세포 : 다능성, 조혈모세포 세포치료 71

72 세포치료 다능성성체줄기세포를이용한치료 복수능배아줄기세포를이용한치료 72

73 Ch14-13 Transgenic Plant Why plant biotechnology? 생산성향상, 기능성다수확품종개발필요성유용물질생산공장으로서의식물의유용성 [ 확인문제 ] 1. 박테리오파지를통하여세균사이에서유전자의조합이바뀌는것을무엇이라하는가? 1형질전환 2형질도입 3접합 4교차풀이 )2 2. 원핵생물은유사분열이나감수분열을하지는않지만, 직접 DNA 분자를흡수함으로서일어나는 (1 ), 박테리오파아지에의한 (2 ), 플라스미드에의한 (3 ) 등을통해유전적재조합을할수있다. 풀이 )1. 형질전환 2. 형질도입 3. 접합 73

74 3. 오늘날가장급진적으로발전한분야중의하나는 DNA 재조합기술을이용한유전공학이다. DNA 재조합의기술이비약적으로발달한이유는특정한염기서열에서만 DNA 를절단하는 (1), mrna 를주형으로해서 DNA 를합성하는 (2), 재조합 DNA 분자가형성되면대장균세포내로도입, 증폭시킬수있는 (3) 의발견이다. 풀이 ) (1) 제한효소 (Restriction enzyme) (2) 역전사효소 (Reverse Transcriptase) (3) 운반체 (Vector) 4. 유전정보의흐름에서역전사효소에의하여촉매되는과정은? 1RNA to RNA 2DNA to RNA 3RNA to protein 4DNA to DNA 5RNA to DNA 풀이 )5 5. cdna 를합성할때주형으로이용되는것은? 1DNA 2mRNA 3a plasmid 4a DNA probes 5a restriction fragment 풀이 )2 6. 세균내에존재하는본래의유전자집단 (Chromosomal DNA) 과는별개의 DNA 로서 독립적인자기복제능력이있으며, DNA 재조합유전자조작기술등에서어떤특정 유전자의운반체로많이이용되는이 DNA 를무엇이라하는가? 풀이 )plasmid 7. 유전자의클로닝에사용하기위한벡터의필수조건에속하지않는것은? 1Replication origin 이있어야한다. 2Selective marker 가있어야한다. 3Cloning site 를가지고었어야한다. 4 고리형태의구조로되어있어야한다. 74

75 풀이 )4 Ch 15 생물정보학 BIOINFORMATICS 컴퓨터를주된도구로사용하여 Life Science 분야의연구개발에적용하는다양한연구분야포함 Computational (Molecular) Biology ( 분자 ) 생물학적데이터 / 정보 (DNA & protein sequences, 구조등 ) 을수집, 분류, 분석적용분야 유전자 / 단백질서열정보분류 / 분석 유전자발견 (from 인간게놈프로젝트 ), 단백질기능예측 단백질 3차구조예측 발현분석 (DNA microarray/ 단백질체학 ) Gene Ontology: 유전자백과사전 The Flow of Genomic Information Ch 16 유전체학 GENOMICS 75

76 Genome - 한개체의 Gene 전체 Proteome - 개체의전체 Proteins Gene-Genome RNA-Transcriptome Protein-Proteome Metabolite-Metaboliome Ch16-1 구조유전체학 Impact of the Human Genome Project Complete DNA sequence on each chromosome Find & locate all human genes Gene annotation Functional genomics 생명현상의이해유전병을유발하는유전자 ( 들 ) 또는그것과반응하는환경인자동정유전병에대한진단, 치료인간유전체의성질인간유전체의 97% 이상 : 비암호부위 (non-coding region), not known function 76

77 - 비암호부위의대부분은반복서열 DNA (centromere, telomere 등 ) 로유전체전반에 흩어져서존재 DNA based Genetic Markers 유전자분석법을통해친자확인, 범인에대한증거나병을일으키는돌연변이유전자 ( 또는대립인자 ) 를찾는등많은방면에유용하게이용 Restriction Fragment Length Polymorphisms (RFLPs) Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) Restriction Fragment Length Polymorphisms (RFLPs) 제한효소인식부위의 DNA 염기서열간의차이를알아내는데유용 Single Nucleotide Polymorphisms (SNPs) 정의 : ( 종내 ) 개체간의 DNA에존재하는한염기쌍의차이 DNA 염기서열중하나의염기가다른것으로치환되는것 각개인간유전적변이 (All humans share 99.9% the same genetic sequence): mutation, SNP (80~90%), insertion/deletion, SSR 등 77

78 변이에의해파생되는개체의개별특성연구 ( 유전되는개인적다양성 ) SNP의응용 질병의유전적이해병에걸린집단과병에걸리지않은 control ( 대조군 ) 집단사이의 genotype( 유전자형 ) 비교양쪽집단의 SNP pattern의차이비교분석 ( 연관분석 ; association study) SNP pattern과질환유발유전자와의연관연구유전병과관련된 SNP 발굴 특정병과관련된 marker 질병과관련된유전자발견 예측 vs 진단 : 특정병에걸리게될가능성예측 맞춤약물의개발 (Pharmacogenetics/genomics) 질병뿐만아니라, 어떤특정약물에대한반응성각개인의 genotype에따른최적의약물개발 Ch 17 기능유전체학 FUNCTIONAL GENOMICS Post-genomic era에서인간게놈의 DNA 염기서열정보를확보한이후각유전자들의기능을알아내기위한연구방법들 1. Expression 1 mrna level (transcriptome): Microarray / DNA chip 2 protein level (proteome): 2D GE 질량분석 ; Proteomics 2. Functional Analysis 1 Loss-of-function Approaches (Reverse Genetics): RNAi (knock-down) 78

79 Ch17-1 Microarray / DNA chip / oligonucleotide chip 특정세포나조건에서많은유전자의발현을일시에알아낼수있다 -이방법은또한두샘플간의유전자발현비교에도효과적 ( 예 : 암세포와정상세포 ) -분석방법: 1. 칩위에서열을알고있는분석하고자하는수많은유전자의 DNA 를부착 2. 암세포와정상세포에서각각 mrna 를분리하고이를주형으로 cdna 를만든후서로발광색이다른형광물질로 ( 예 : cy5 와 cy3) 표식 3. 형광표지된 cdna 를 southern blot 방법과같이 microarray 의유전자와결합 4. 결합되지않은 cdna 를씻어낸후레이저로발광시켜각형광물질이결합된유전자들의이미지를분석 5. 발광이되는지점의유전자는샘플에서발현이된다는뜻이고발광색강도의차이에따라암세포또는정상세포에서더많이또는더적게발현되는유전자를구별 그림 1 Microarray Array Ch17-2 Proteomics: functional genomics at the protein level 유전자발현최종산물 : Protein 복잡성과다양성 79

80 2-D GE 질량분석 생물정보학적분석 전체의단백질, 즉 Proteome 을관찰연구 ( 발현변화, 번역후가공, 단백질상호작용 연구 ) Ch17-3 Functional Analysis Forward Genetics: 돌연변이형질 ( 유전자의기능에서유래 ) 유전자 Reverse Genetics: 유전자 ( 인간게놈프로젝트 ) 기능유전체학 ( 기능상실돌연변이유발 ) 돌연변이형질분석 기능확인 Ch17-4 RNAi (knock-down): 기능상실돌연변이 (Reverse Genetics) 거의모든식물과동물 ; 특정유전자의발현억제 sirna (short/small interfering RNA; nt RNA duplex) 가유발 transposon이나바이러스감염으로부터자기 genome을보호하기위해진화되어온것으로추측 발달동안에특정유전자의발현을억제하는세포내의기능적역할 Biochemical Mechanism of RNAi 80

81 그림 2 RNAi RNAi as a Tool for Functional Genomics RNAi as knockdown: functional genomics (reverse genetics) tool 유전자치료 Ch 18 세포내신호전달 Common signaling pathways are initiated by different receptors: 81

82 세포표면막수용체 1. G-protein 연결수용체 (G-protein-coupled receptor) 2. 티로신인산화효소내재수용체 I. G-protein 연결수용체 1. 작용기작 : 신호증폭 2. 2 차전달자 (second messenger) 1. camp and cgmp 2. inositol trisphosphate (IP 3 ) and diacylglycerol (DAG) 3. calcium ions (Ca 2+ ): 많이쓰이는중요한세포내이차신호전달자 평소에는매우낮은세포내 [Ca 2+ ] 유지 소포체의 Ca 2+ 채널개방 Ca 2+ 이 Calmodulin 과결합 다양한표적단백질활성화 세포내반응 [ 근육수축, 혈액응고, 수정막형성, exocytosis ( 시냅스에서신경전달물질배출, 인슐린등호르몬배출 ), 세포자살, 면역세포활성화 ] 82

83 II. 티로신인산화효소내재수용체 growth factor 의수용체, dimer 로서리간드결합시자가인산화 Steroid Hormones vs Peptide Hormones 1) 펩티드호르몬 (peptide hormone) 계 1 표적세포의세포표면수용체와결합 세포내이차신호전달물질 ( 신호증폭 ) 2 이차신호전달자 : camp, cgmp, DAG, Ca2+, IP3 등 2) 스테로이드호르몬 (steroid hormone) 계 1 성호르몬, 부신피질호르몬 2 표적세포의세포질수용체와결합 핵으로이동 전사인자로작용 특정유전자의전사유도 [ 확인문제 ] 1. 생체내제 2 차전령역할과관련없는것은다음중어는것인가? 1칼슘이온 21,2 -디아실글리세롤(DAG) 3코발트이온 4이노시톨-1,4,5-트리스인산풀이 )3 2. G-단백질이관여하는화학적신호전달과정에서, 호르몬수용체에호르몬이결합할때야기되는일련의세포내과정들을순서대로기술한것중에서잘못된것은어느것인가? 1수용체의형태변화가일어나서, G-단백질과상호작용한다. 2G-단백질의 α소단위체는 GTP 를가수분해한다. 3G-단백질의 α소단위체는 β와γ소단위체로부터해리된다. 4G-단백질의 α소단위체는아데닐산고리화효소와결합하여활성화시킨다. 풀이 )2 83

84 Ch 19 면역 비특이적방어 = 자연면역 선천성면역 : 항원과상관없이이미존재 1차방어 : 즉각적, 항시대기 인터페론, 염증반응 ( 식세포 ) 특이적방어 = 획득면역 후천성면역 : 항원침입후그항원에의해유도 자연면역보다늦게항원과반응 항원특이적, 기억작용 ( 면역기억 ) 효과적항원제거 ( 예방주사 ) 세포성면역반응 (T림프구: 세포에의해매개 ) 과체액성면역반응 (B림프구 항체단백질에의해수행 ) 1. 비특이적방어 (Nonspecific defenses) - 대식세포, 자연살해세포 (NK 세포 ) 및항균단백질등이관여인터페론 : 바이러스에감염된세포에서분비 항바이러스단백질발현유도 바이러스번식억제염증반응 : 파괴된피부세포에서 histamine 분비 2. 림프조직과림프구 림프계 : 항원침입후림프구활성화 ( 항원제거가일어나는곳 ) 두가지림프구 (Lymphocytes): 면역세포는혈액속에서순환 B 림프구 ( 골수에서발달 ): 항체분비 ; 체액성면역반응 84

85 T 림프구 ( 흉선에서발달 ): 세포매개성면역반응 3. 특이적면역 - 특이적항원에의해유발 백신 (vaccine): 전염병등에대하여인공적으로면역을주기위해쓰이는항원 ; 바이러스등을불활성화시키거나사멸시켜만듬 능동면역 (active immunity) (1) 체액성면역 B세포가항원 (free Ag) 을공격하는항체분비 (2) 세포매개성면역 T세포가감염세포 ( 항원제시세포 ) 를공격 세포매개성면역반응 (Cellular immunity) vs 체액성면역반응 (Humoral immunity) 세포성면역 (T 림프구 ) T 림프구 ( 주로세포성면역담당, but 체액성면역에도관여 ) cytotoxic T- 림프구 ( 표적세포파괴 ) helper T- 림프구 (B 세포활성화 ) 항원제시세포 (Antigen-presenting cells) 가면역반응시작 활성화된보조 T 세포는체액성면역과세포성면역반응모두관여 세포독성 T 세포가감염된세포공격 체액성면역 (B 림프구 항체 ) 항원 B 림프구세포막표면의특이적항원수용체와결합 클론선택 ( 항원에대한항체의특이성과다양성설명 : 항원이자신과반응할수있는항원수용체를가진림프구클론을선택하여활성화 ) 보조T세포로부터분비된인터루킨-2에의해기억B세포와플라즈마세포로분화 ( 분비작용활발 ; 골지체발달 ) 항체 ( 수용성항원수용체 ) 분비 85

86 항원과결합 ( 중화 ) 대식세포에의해파괴 항체 (Antibody): 형질세포 ( 항원에의해활성화된 B 세포 ) 가혈액에분비하는수용성의 항원수용체 ; 항원수용체나항체유전자는발생시 DNA 재배열에의해재조합되어구성 2 Heavy, 2 light chains ( 이황화결합으로서로연결 ); 가변부와불변부 포유류의항체는 H-chain 의불변부의특성에따라크게 5 종류 IgG: 대부분의면역반응매개, 태반을통해모체에서태아로전달 ( 수동적면역부여 ) IgA: 외계와접해있는점막면에서미생물에대해방어기능발휘, 외분비액에존재 IgM: 항원수용체, 면역시켰을때최초로나타나는항체 IgD: 기능이알려지지않음 IgE: 알러지반응매개 4. 주조직적합성복합체 (Major Histocompatibility Complex; MHC): MHC protein 이라고부르는세포표면단백질 : 모든포유류동물에서발견 인간 : HLA (Human Leukocyte Antigen) 각자마다세포표면에조금씩다른단백질들 ( 일란성쌍둥이제외 ) 각개인의개인적인특징 세포상호작용과자신과비자신의구별에중요 조직적합성 (histocompatibility) 즉조직이식을받아주는성질결정에중요 1 MHC I protein: 조직이식거절반응결정 장기이식의주된문제점 2 MHC II protein: 면역반응성결정 ( 항원제시세포 T cell 면역반응에서매우중요 ) 86

87 5. 면역계의혼란 : 잘못된면역반응 질병유발 알레르기 : 항원에대한과민면역반응 : IgE 항체관여 자가면역병 (autoimmune disease) 면역계가자기세포를항원으로인식 인슐린 - 의존적당뇨병, 류마티스성관절염 후천적면역결핍증후군 (Acquired immune deficiency syndrome: AIDS) human immunodeficiency virus (HIV) 에의해발병 HIV 는 helper T cell 을통해감염 T cell 무력화로면역부전유발 감염에대한저항력이매우저하되어폐염이나암등에걸려죽게된다. [ 확인문제 ] 1. 조직의염증을유발시키는것은? 1손상된부위의식세포의축적 2감염된세포에의한인터페론의방출 3감염된부위에혈류량의증가 4고열 5손상된세포에의한히스타민등의화학물질의방출풀이 )5 2. 체액성면역과세포성면역을비교설명하라. 3. 다음중체액성면역과연관이없는것은? 1 보조 T- 세포 2H- 사슬 3 클론선택설 4 면역글로블린 풀이 )1 87

88 4. 면역기구에관한다음의설명중맞는것은? 1B-세포는세포성면역을수행하므로흉선의존적이다. 2B-세포는항원과특이적으로결합하는단백질인항체를생산한다. 3면역기억을담당하는세포를총칭하여 T-세포라부른다. 4AIDS( 후천성면역결핍증 ) 환자에서는보조 T-세포수가증가한다. 풀이 )2 5. 면역계에대한설명으로옳은것은? 1체액성면역에관련된세포는 T-lymphocyte 이다. 2흉선에서성숙하는 lymphocyte 는체액성면역을매개한다. 3항원의 3 차구조중에서항원결정부위를에피토프 (epitope) 라한다. 4후천성면역결핍증 (AIDS) 은일차적으로체액성면역의결핍에의하여발생한다. 풀이 )3 1B-lymphocyte 2 세포성면역 4 세포성면역 6. 면역반응에대한설명중잘못된것은? 1혈액중알부민에속하는단백질이며면역반응에관여하는항체이다. 2항체의구조에는공통부와변이부가있다.. 3특정림프구의클론형성에의하여만들어진세포들을형질세포라한다. 4면역현상이생존에불리하게작용하는경우가알레르기 (allergy) 이다. 풀이 )1 1globulin 7. 세포표면에존재하는분자이며조직이식시거부반응을일으키는데관여하는분자는 무엇인가? 1T- 세포수용체 (T-cell receptor) 2 주요조직적합성분자 (Major histocompatility complex) 88

89 3B- 세포수용체 (B-cell receptor) 4 림포카인 (Lymphokine) 풀이 )2 8. AIDS 바이러스가인체에감염되면 T 림프구를공격하여환자가감염에대해전혀저항할수없게 된다. AIDS 바이러스가감염하는 T 림프구의종류는? 1Cytotoxic T cell 2Supressor T cell 3Memory T cell 4Helper T cell 풀이 )4 9. HIV 에감염된대부분의사람들은어떻게될까? 년은살수있다. 2 결코 AIDS 로발전하지는않는다. 3 자기면역반응으로죽게된다. 4 외래항원에대한감수성이증가하여결국죽게된다. 5 다른감염이나암등으로죽게된다. 풀이 )5 10. 다음중알레르기 (allergy) 와가장밀접한관련이있는면역글로불린 (Immunoglobulin) 은? 1IgE 2IgM 3IgA 4IgG 풀이 )1 Ch 20 진화 (1) 생명의기원 : 원시대기와원시생명의탄생 89

90 (1) 원시지구 (46 억년전 ): 환원성대기성분풍부 ( 대전제 ), 풍부한에너지원 ( 자외선, 번개, 화산활동등 ) (2) 생명탄생의가설 (- 화학진화 ) 1 오파린의가설 : 원시대기 ( 무기물 ) ( 단순 복잡 ) 유기물 유기물복합체 ( 코아세르베이트 ) 원시생명체 2 밀러의실험 : 무기물 유기물 ( 아미노산 ) 로자발적합성가능증명 ( 의의 : 오파린의가설증명 ) (3) 원시생물의출현 (- 생물진화 ) (4) 진핵생물의출현 ( 진핵생물- 핵막과막으로구성된세포소기관을갖는생물 ) 세포내공생설 ( 미토콘드리아/ 엽록체 : 자체 DNA 와리보솜 ; 원형질막 ; 전자전달계 ATP 합성 ) 호기성세균과남조류가세포속에들어와공생, 분업화함으로써나타난세포소기관 (2) 진화 : 생물이환경변화에의해몸의구조와생김새가변하는현상 90

91 [1] 진화의증거 1) 화석상의증거 : 진화의가장확실한증거 ; 표준화석, 시상화석, 시상화석 2) 발생학상의증거 : 척추동물의초기발생과정의배의모양이유사 : 개체발생은계통발생을반복 3) 비교해부학상의증거 : 상동기관, 상사기관, 흔적기관 4) 생화학적, 분자생물학적증거 : 단백질의아미노산서열과 DNA 염기서열비교 5) 지리학적증거 ( 분포상 ( 격리상 ) 의증거 ): 오스트레일리아의캥거루등 6) 분류학상의증거 : 두종의중간형생물 [2] 진화설 1) 다윈의진화설 : 자연선택설 : 1895 년다윈의종의기원에서발표 2) 현대의진화이론 : 유전자의돌연변이 ( 유전자풀의변화 ) 자연선택 ( 생식적 / 지리적 ) 격리 < 새로운종의분화 > 로종합적으로설명 한요인에의해진화가이루어졌다기보다는, 집단내의유전자풀 (gene pool) 에변화가생겨서진화가된것으로봄. (3) 집단유전과진화 1) 유전자풀 : 한개체군에서집단전체가가지고있는유전자전체 2) 멘델집단 : 유전자의빈도가안정된비교적큰집단 1 확률의법칙을적용할수있을만큼많은개체로구성 91

92 2 개체상호간에자유로운교배로모든대립유전자가똑같이보존 3 돌연변이나자연선택과같이유전자에변화를가져오는요인이없다. 4 다른집단과의사이에이입과이출이없다. 진화가이루어지지않는집단 3) 유전자빈도진화 : 유전자풀을구성하는대립유전자의빈도에변화가일어나는것. 유전자빈도 : 집단내에서한유전자의대립유전자에대한상대적빈도 ; 집단마다다르므로집단의중요한특성 4) 하디 - 바인베르크의법칙 : 멘델집단에서는대립유전자의빈도나유전자형의분포가여러세대를지나도변하지않고 평형상태를유지 부모집단에서나타나는대립유전자 A 의빈도 p 와 a 의빈도 q 는자손에서도같다. 1 멘델집단에서만적용 2 사실상자연계에서는유전적평형이유지되는집단은거의없으며, 이러한유전적 평형이깨어지는것이진화의요인이다. 5) 유전자풀의변화요인 진화의요인이며, 하디 - 바인베르크평형을파괴하는요인 진화 : 유전자풀의변화로부터시작 92

93 돌연변이, 자연선택, 이주 ( 유전자이동 ), 격리 ( 지리적격리, 생식적격리 ), 유전적부동 ( 개체가적은소집단에서우연에의해갑자기유전자빈도가변화되는현상 ) [ 확인문제 ] 1. 생물을진화하게하는요소가아닌것은? 1개체변이 2생식적격리 3유전자풀의변화 4돌연변이풀이 )1 2. 코아세르베이트에대한설명으로틀린것은? 1콜로이드중합체가단백질막에싸여서생성되었다 2고분자화합물을농축시키는성질이있다. 3외액으로부터물질을선택적으로흡수하기도한다 4핵산을갖고있어서스스로분열, 증식한다. 풀이 )4 코아세르베이트 : 막을경계로주위환경과독립되어있음. 외부에서물질을 받아들이기도하고내부의물질을밖으로내보내기도함. 생장하고. 어느정도의크기에 이르면둘로갈라져서새로운두개의액적으로됨. 그러나코아세르베이트는아직 세포단계는아니다. 3. Hrey-miller 의실험과가장관련된것은? 1 돌연변이 2 아미노산의배열순서 3 화학진화와생명의탄생 4DNA 이이중나선구조 풀이 )3 4. Oparin 의생명의기원가설에따르면최초의원시생명체는무기호흡을하는 (1 ) 였을 것이며, 이들은장구한세월에걸친 (2 ) 의결과더욱효과적으로존속할수있는 93

94 것들만이유기물을이용하여번식하였을것이다. 이들이번성함에따라원시해양속에는 자연합성된 (3 ) 이점차고갈되고 (4 ) 는점점축적되어갔다. 이즈음원시생물은 더욱진화하여마침내광합성생물인 (5 ) 의출현을보게되었다. 그결과대기층에는 분자상의 (6 ) 가축적되어갔다. 그후발효나무기호흡에비해보다효율적으로 에너지를얻을수있는 (7 ) 생물이출현하였다. 풀이 )1) 종속영양체 2) 진화 3) 유기물 4)CO 2 5) 독립영양체 6)O 2 7) 호기성 5. 상동기관과가장관련깊은것은? 1 고생물학적진화의증거 2 발생학적진화의증거 3 비교해부학적증거 4 면역학적증거 풀이 )3 6. 중생대의동물화석만을짝지은것은? 1맘모스 화폐석 2삼엽충 맘모스 3삼엽충 노목 4시조새 삼엽충 5암모나이트 공룡풀이 )5 고생대 : 삼엽충. 필석. 갑주어, 중생대 : 암모나이트. 공룡. 시조새, 신생대 : 화폐석. 맘모스. (1) 분류의원리 1. 종 ( 種, Species) 의개념 Ch 21 분류 종 - 분류의기본단위 분류 생물상호간의유연관계, 계통밝힘 생물학적종 : 형태적, 생리적으로유사 ; 교배하여생식능력이있는자손을만들며다른 종과는생식적으로격리되어교배되지않는개체들의집단 94

95 2. 학명 : 린네의 2 명법 ; 국제명명협약에따라생물에붙여지는학술명칭 2 명법 : 속명 + 종명 (+ 명명자 ; 생략가능 ) 예 ) Homo sapiens Linne (2) 생물의분류 1. 분류의단계 : 종 속 과 목 강 문 계 2. 분류의실제 : 생물의세가지생물영역 (domain) 과하부생물계 (kingdom) 표 1 생물계의 5분류체계 생물의분류영역계비고 원핵생물 고세균 ( 세포벽없음 ) 원핵생물계진정세균그람음성 / 양성 진핵생물 원생생물계 아메바, 유글레나, 조류등 균계 버섯, 곰팡이, 효모 진핵생물 식물계 선태식물, 양치식물, 종자식물 ( 겉씨 / 속씨식물 ) 동물계 무척추동물, 척추동물 식물의구조와기능 Ch 22 식물 세포의구조 1) 원형질 + 후형질 ( 세포벽, 액포 ) 2) 동. 식물세포비교 세포소기관 (Cell organelles): 식물세포에만찾을수있는것 원형질연락사 95

96 (plasmodesmata), 글리옥시솜, 액포, 세포벽 ( 엽록체 : 대부분의식물세포뿐만아니라, 단세포동물인유글레나에서도관찰 ) 액포 (Vacuole): 단일막구조, 노폐물의저장및분비 글리옥시솜 (Glyoxysome): 단일막구조, 식물세포의지방저장 생물체의유기적구성 다세포생물공통구성단계 : 세포 조직 기관 개체 조직 : 비슷한모양과기능을가진세포의모임 기관 : 비슷한기능을가진조직들의모임 1) 식물의유기적구성 세포 조직 조직계 기관 개체 [1] 식물의조직분열조직 : 생장점, 형성층영구조직표피조직 : 엽록체ⅹ, 큐티클층 ( 공변세포 : 엽록체, 기공형성 ) 통도조직 : 물관, 체관기본조직 : 유조직, 기계조직, 분비조직 물관과체관의구조적기능적차이 물관 체관 세포벽이두껍다 세포벽이얇다 96