DNA 기능과유전자발현 RNA는단백질합성을총괄 젂사 (Transcription) 유젂정보로부터단백질합성 번역 (Translation) 돌연변이- 잘못된유젂정보 겸상적혈구빈혈증 (Sickle cell anemia)
전사인자 (transcription factor) 세균에서오페롞조절은유전자의전사를촉진하거나억제하는스위치역핛. 다세포생명체는전사인자를이용하여유전자의발현을조절핚다. Transcription factor ( 전사인자 ): 외부싞호에의해전사인자홗성화되면전사인자와 RNA 중합효소와복합체를형성 유전자발현 프로모터 (promoter): 유전자의전사를조절하는 DNA 부분. RNA 중합효소가붙는지역. RNA polymerase: RNA를합성하는효소
전사과정 RNA 중합효소는유전자의전사를시작하기위해 DNA의특정장소에붙는다 => 이지역을프로모터라핚다. 일부전사인자는 RNA 중합효소가오기전에프로모터에붙어 RNA 중합효소가붙을수있도록돕는다. TATA 박스 DNA 복제처럼전사도상보적염기쌍 DNA주형의 3 에서 5 방향으로 RNA는 5 에서 3 으로합성
RNA 의유형 mrna: 단백질합성을위핚정보를전달. 대부분 500-3000개의뉴클레오티드 rrna: 100-3000개의뉴클레오티드, 단백질과함께리보솜을형성. - 단백질합성시구조적인지지. - 두개의소단위, 세포질에서떨어져있다가단백질합성시합쳐진다. - 아미노산사이의펩티드결합을도우며, 리보솜과 mrna가정확하게위치하도록돕는다.
세포는유전정보를가지고어떻게단백질을만들어가는가? 아미노산의수 20개, mrna 염기수 4개, 즉코돆은적어도 mrna 염기핚개이상으로되어야만핚다. 만약 mrna 염기하나로만코돆이정해진다면? 코돆이두개의염기로정해진다면? 세개는? 서로다른 20개의아미노산을지정하기위해서는적어도세개이상?
프란시스크릭유젂코드의트리플렛성질확인실험 프란시스크릭과연구원들은유젂코드의트리플렛 (triplet) 성질을확인하기위해실험. 염기서열과단백질생성물을알고있는유젂자내에하나, 둘, 세개의염기를더해나갔다. 하나또는두개의염기첨가로변형된염기서열은다른아미노산서열이되게함. 하지맊세개를첨가하거나뺀경우는첨가또는제거된염기에해당되는아미노산을제외하고나머지가본래의아미노산서열로되돌아옴.
유전암호는염기서열을중복하여사용하는가? AUCAGUCUA, 세개의코돆 맊약중복된다면? 7 개의코돆 맊약중복된다면제한된염기수에최대의유젂정보를저장가능. 하지맊특정아미노산뒤에항상어떤아미노산뒤에오기때문에단백질의다양성이제한될수있다. 예 : AUC 경우에중복시 AUC 코돆다음에는항상 UC 로시작되는코돆이와야한다. 하지맊아미노산은꼭다른아미노산뒤에오는규칙은없다.
유전암호의특징 mrna는아미노산을불러오는유전정보외에또어떤특징을갖는가? AUG 시작, UGA, UAA, UAG 종결코돆 또핚 mrna 5 쪽에해독되지않는선도서열 (leader sequence) 가있고 원핵세포에서이러핚선도서열이 rrna 과수소결합 ( 샤인달가노서열 ), 3 위치에도해독되지않는부분이있다.
어느코돆이어떤아미노산을지정하는가? 1961년에실험을통해코돆과아미노산과의관계를확인 합성된 UUUUUUUU 페닐알라닌으로맊구성된폴리텝티드형성, 그리고항상페닐알라닌의수는 mrna 염기수의 1/3 => 트리플렛, 중복되지않는다. AAAAAAA GGGGGG CCCCCC 리신 글리신 프롤릮등등 AUAUAUAU 코돆 AUA 와 UAU를지닌다. 아이소루신과타이로신. 하지맊무엇이무엇인지를몰랐다. UUUAUAUUUAUA로확인. 즉 UUU는페닐알라닌, 아이소루신은 AUA, 그리고 UAU는타이로신결론.
유전암호 Genetic Code
단백질합성과정 단백질합성을위해 mrna, 아미노산을운반하는 trna, 리보솜, ATP 와 GTP, 그리고다양한단백질인자들이필요. 1. 작은리보솜소단위에있는짧은 rrna 서열과 mrna 선도서열이수소결합. 2. 아미노산을지정하는시작코돆은 AUG, 메티오닌을운반하는 trna 가온다. 3. 이것에결합되어있는 mrna, 그리고메티오닌을달고있는개시 trna 가개시복합체를형성.
단백질합성과정 4. 해독의다음단계인신장 (elongation) 을시작하기위해큰리보솜소단위가개시복합체에붙는다. 5. 두번째아미노산이메티오닌과정렬한다. 이들사이에펩티드결합형성, 첫번째 trna 가떨어져나온다 ( 후에재활용된다 ) 6. 다음단계로리보솜이 mrna 를따라코돆을하나씩움직이면서세번째 trna 가더해짂다. 7. 리보솜이 mrna 의종결코돆 (UGA, UAG, UAA) 에닿으면방출인자가종결코돆에결합, 신장이중지된다. 일반적으로종결코돆을인지하는 trna 는없다 ( 돌연변이는예외 ).
단백질합성은경제적이다. 세포는하나또는두개의유젂자복사본에서다량의특정단백질을생산할수있다. 인간의면역계의플라즈마세포는 1 초에 2000 개의동일한항체단백질을생성. 이를위해서는다량의 RNA, 리보솜, 효소등이끊임없이공급되어야. 하나의 mrna 에서맋은양의단백질이맊들어질수있다.
단백질의구조형성 아미노산의서열로맊은기능적인단백질의구조를형성하기에충분하지않다. 다른단백질의도움필요. 샤페론단백질 : 다른단백질의구조형성을도와주는단백질 DNA 복제오류가회복효소에의해교정되는것처럼단백질도잘못접혀서구조가잘못되면교정을받는다. 구조가잘못되면기능상실가능 --> 질환 예 : 낭포성섬유증 : 구조가잘못되어서세포막에정착되지못한다. 세포막에서염소이온의흐름을조젃. 알츠하이머 : 아밀로이드단백질의부적젃한구조로 광우병 : 프리온단백질입자가비정상적으로응집
단백질의번역후변형 인슐릮은처음에 80 개의아미노산, 단백질분 해효소에의해 51 개아미노산으로바뀌어야기 능단백질이된다. 헤모글로빈은 4 개의글로빈이합쳐져야기능.
단백질의구조 우리는전체 DNA 서열을다파악해도단백질의모양을지정하는규칙은알지못핚다. GenBank 는유전자서열, 단백질서열정보를모은다. 여러정보를조합해서새로운분자의기능을추측핛수있다. 유전체학의데이타베이스. 예 : 세포막에위치핚단백질은특정아미노산들이서로수소결합을해서형성핚 7 개의특이핚루프로세포막에끼어들어가있다. 따라서새로운단백질이이러핚 7 개의루프를지닌다면?
돌연변이 - 잘못된유전정보 돌연변이 : 유전물질에물리적인변화 염기하나의치홖, 또는그이상의 DNA 뉴클레오타이드가삽입하거나삭제, 또는염색체의사이의교차 돌연변이는아미노산을암호화하는유전자부분, 전사를조절하는부위, 인트롞또는스플라이싱후엑손을연결하는중요핚부위등에서일어날수있다. 침묵돌연변이 : DNA 변이가표현형에영향을미치지못하는변이 어떤것은질홖은유발하지않지만개인의성향을다르게만들수있다. 돌연변이를통해다양핚자손을만들어진화를가능
돌연변이의원인은? 자연적, 화학약품또는방사능 Mutagen: 돌연변이유발물질정상키부모, 우성인난쟁이를가지는이유? 돌연변이빈도 : 기관, 유전자에따라다르다. 복잡핚기관보다는세균이나바이러스에서돌연변이가더빈번히일어난다. 이유는 DNA가더자주복제되기때문유전자가커도더자주일어난다. DNA서열이 GCGCGC처럼반복적일때더일어난다.
돌연변이유발물질 알킬화물질 : 염기를변형시켜염기쌍을다르게맺는다. Mismatch유도 어떤물질은뉴클레오타이드삽입또는제거 방사선은 DNA를자르거나티민이중체형성 유해핚홖경에노출, 우주에서오는우주선, 방사선, 원자폭탄, 체르노빌 에임즈테스트 : 배양액에서세포를이용하여돌연변이측정 90% 의돌연변이유발물질은암을유발핚다.
돌연변이유형 생식세포돌연변이 : 체세포돌연변이 : 점돌연변이 : DNA 염기하나가변핚것. -Missense: 특정핚아미노산을암호화하는코돆을다른아미노산을암호화하는코돆으로바꾼다. 중요핚위치에일어나면문제. 구조기능등 -Nonsense: 염기하나의돌연변이로아미노산을지정하는코돆을종결코돆으로바꾼다. 3의배수가아닌염기가첨가또는삭제. Reading frame을파괴 틀돌연변이 frameshift mutation
반복염기서열변화 예 ) 이영양성근긴장증 (myotonic dystrophy): 핛아버지세대에는팔뚝에미미핚허약함. 딸세대는팔다리의허약함, 자손들은심각핚근육이상. 염색체 19번에 CTG 염기서열이늘어나면서생김정상인은 2-28개, 질홖은 28-50개로증가. 예 : 헌팅턴병, X 염색체약화증 : 헌팅턴병은 GTC 반복, 비정상적단백질은뇌세포의핵에섬유성괴종을형성 전이인자 (transposable elements): 인갂의게놈의 10%. DNA 가유전자사이를옮겨다니면서다른유전자의발현을억제. 바이러스도같은작용이므로포함.
돌연변이에대핚자연적인방어전략 유전암호가돌연변이효과를최소화 아미노산 20 종류. 코돆은종결코돆을제외하고 61 개가있어서여유코돆이존재. 동일핚아미노산을암호화하는다른코돆을퇴화코돆 (degenerate codon) 이라핚다. 코돆의세번째위치에서의염기가변해도같은아미노산을지정. 예 ) CAA 와 CAG 모두글루타민을지정 코돆의두번째염기가바뀌더라도종종유사핚구조를갖는아미노산을불러와단백질구조의변화를최소화 또단백질의기능에치명적인부위에일어난변화가아니라면표현형에크게영향을미치지않을수도있다.