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S l e e p i n g d o g s o f t h e g e n o m e !

1. 유전정보의 흐름

2. 유전정보 전달

3. 유전정보 발현

4. 유전자 발현 조절

1. 유전정보의 흐름

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1-1. 센트럴도그마(central dogma) 가설

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1. 유전정보의 흐름에 대한 가설

2. 분자생물학의 중심원리

3. 「DNA의 유전정보는 RNA를 거쳐 단백질로 전달되며, 그 반대 방향으로는

전달되지 않는다」는 가설(크릭, 1958)

mRNA

tRNA

rRNA

DNA

RNA

단백질

전사

번역

복제

생물학계의 대부 프랜시스 크릭 DNA 구조를 밝힌 뒤 센트럴 도그마 가설을 제안해 인간이 개입할 수 없었던 생명체의 생명 현상을 조절할 수 있는 분자생물학 연구에 불을 붙였다.

외피단백질

RNA

1-2. 센트럴도그마(central dogma) 반증

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mRNA

tRNA

rRNA

DNA

RNA

단백질

전사

번역

복제

역전사

역전사

RNA cDNA

조립 번역 방출

숙주 DNA

전사

※ Provirus : Retrovirus가 세포 내로 들어가 그 유전물질이 RNA에서 DNA로 바뀐 상태의 바이러스

Provirus

외피단백질

역전사 효소

1. Retrovirus(RNA Virus) 발견

• 유전물질로 RNA를 사용. 역전사 효소를 사용하여 RNA에서 DNA를 합성

☞ 후천성 면역결핍증(AIDS) 을 유발하는 HIV

2. 유전정보 전달

전사(transcription)

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2-1. 전사(transcription)

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1. 전사

• DNA와 상보적인 서열을 갖는 RNA를 생성하는 과정(mRNA, tRNA, rRNA)

• RNA 중합효소에 의해 전사가 이루어지며 DNA와 상보적인 RNA의 염기는 티민(T)으로 전사

되어야 할 자리가 우라실(U)로 전환

2. mRNA 전사 과정

① DNA의 염기쌍 간의 수소결합이 깨지면서 DNA가 풀린다.

② 새로 결합되는 RNA의 뉴클레오티드는 DNA 염기와 상보적인 쌍을 이룬다.

③ RNA 당-인산 골격이 형성된다.

④ DNA와 결합된 형태로 완전히 전사된 RNA는 DNA로부터 떨어져 나온다.

⑤ 전사 과정이 이루어지는 세포가 핵이 있을 경우 RNA는 세포질로 이동하기 위해 가공 과

정을 거친다.(진핵생물 RNA splicing )

2-1. 전사(transcription)(Cont.)

3. mRNA 전사 3단계

1. 개시 과정 : 전사가 일어날 수 있는

준비가 완료되기까지의 과정. RNA

중합효소(polymerase)가 DNA에

존재하는 promoter에 결합하여 합

성을 시작할 준비를 마치는 단계

2. 신장 과정 : 프로모터에 결합한

RNA 중합효소가 DNA를 푸는 동

시에 3'→5‘방향으로 DNA 주형을

읽어 나가면서 상보적인 RNA의 합

성이 5’→3’이루어지는 단계. 신장

이 일어나는 도중 잘못된 뉴클레오

티드가 첨가될 수 있으므로 RNA

중합효소에 의한 교정 과정도 같이

이어짐.

3. 종결 과정 : 특징적인 종결 메커니

즘(stop sequence)에 의해 합성된

RNA 전사체가 주형 DNA로부터

떨어져 나오면서 RNA 중합효소 또

한 같이 떨어져 나오는 과정

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promoter

2-2. 진핵생물 전사

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1. RNA splicing(진핵생물)

• 진핵생물에서 만 진행되는 마지막 단계 전사과정

• 스프라이싱(splicing): 전사된 pre-RNA 중 불필요한 인트론을 제거하고 엑손을 잇는 작업

※ 인위적인 RNA 스프라이싱은 유전자 조작의 유용한 기술이 될 수 있다.

☞ 인트론(intron): 유전정보 중 단백질 합성에 사용되지 않는 부분

☞ 엑손(exon): 단백질 합성에 유용한 정보. 단백질을 합성장소 핵 밖으로 전달되어지는 정보

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1 mRNA

Pre-RNA

2-2. 진핵생물 전사(Cont.)

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2. RNA splicing 단계

① Cap 형성: 5' 말단에 메틸기를 갖는

3인산 구아닌(G) 뉴클레오티드 첨가

☞ Cap은 mRNA가 결합하고 위치를 정

하는 것을 도와주며, 리보솜이 단백

질 합성 개시코돈이 있는 곳까지

mRNA 상에서 이동할 수 있는 공간

마련

② poly(A) tail 형성: pre-mRNA 3' 말단

에 폴리-아데닌(A) 결합

☞ poly(A) tail은 mRNA가 핵밖으로 나

오는 것과 mRNA가 여러차레 번역

될 수 있도록 함

③ pre-mRNA 내에 있는 인트론을 차

례 차례 제거하고 엑손을 잇는 단계

2-3. mRNA

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mRNA

• DNA 유전정보 암호화 방식은 4

종류 염기(A,T,C,G)를 배열방식

• DNA 원형으로부터 전사된 염기

서열로 암호화된 단백질생산설계

• 전사된 염기서열에 염기 3개가 특

정 아미노산 유전암호(codon)가

되는 코돈을 부여

• DNA 유전정보를 DNA에서 단백

질 합성이 일어나는 장소인 리보

솜으로 운반

Codon table

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[별첨]

2-4. tRNA

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tRNA

• 유전자 발현을 통한 단백질의 합성에 관여하는

아미노산 운반 RNA

• tRNA의 염기서열 끝은 특정한 아미노산과 결

합할 수 있는 구조, 안티코돈 존재

☞ 안티코돈(anti codon): tRNA 고리부분에 3

개의 염기로 된 부위로 mRNA의 특정 코

돈과 상보적으로 결합하는 부분

• tRNA에 의한 아미노산의 운반 과정

① 생성: 진핵세포의 경우 핵소체(인)에서 20

종의 모든 아미노산을 운반할 수 있는

tRNA 생성

② 아미노산 충전: 아미노아실 tRNA 합성효

소(aminoacyl-tRNA synthetase)가 아미노

산과 그에 맞는 tRNA를 결합시킴

③ 운반: 아미노산이 충천된 tRNA는 리보솜

으로 아미노산을 운반

2-5. rRNA

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rRNA

• 리보솜을 구성하는 ribosomal RNA,

세포 내 RNA의 약 80%를 차지

• 진핵세포의 경우 핵소체(인)에서 전

사된 후 세포핵의 핵 공을 통해 세포

질로 빠져 나옴

• 이후 단백질과 결합하여 리보솜으로

합성, 단백질 합성에 참여

3. 유전정보 발현

유전정보 해독과 단백질 합성

(Translation & Protein)

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3-1. 단백질 합성 기구

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1. 단백질 합성 기구

• mRNA

• tRNA

• rRNA

• 아미노산

• 아미노산 충전 효소

• APT

• 리보좀

2. tRNA와 아미노산 결합

• tRNA에 특정 아미노산이 결합은 아미노산 충전 효소(charging enzyme) 표면

에서 일어남

• 결합 시 에너지원 ATP 사용

아미노산 충전효소와 충전과정

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3-1. 단백질 합성 기구(Cont.)

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3. 리보솜(ribosome)

• 단백질합성 장소

• rRNA 염기와 여러 종류의 단백질로 구성. 2개 단위체 구성(소단위체, 대단위체)

• 소단위체: mRNA 결합부위 ∙ 대단위체: tRNA와 결합부위 2곳

☞ P site: 신장되는 폴리펩타이드 사슬과 연결된 아미노산과 결합한 tRNA 자리

☞ A site: 폴리펩타이드 사슬에 새롭게 첨가 될 아미노산을 운반하는 tRNA 자리

리보좀에 있는 tRNA 결합부위

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3-2. 단백질 합성 과정

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1. 개시 단계

• mRNA-리보솜 복합체 형성

• mRNA 개시코돈(AUG)과 fMet

을 운반하는 tRNA 안티코돈

(UAC)와 상보적 결합

• 리보솜 대단위체 결합

2. 신장 단계

• 아미노산 운반

• 펩티드 결합(아미노산 결합)

• 리보솜 이동

• 폴리펩타이드 신장

3. 종결 단계

• 단백질 합성 종결

• 종결코든(UAA, UAG, UGA)에 대

한 tRNA(안티코돈) 없음

• mRNA-리보솜 복합체 분리

3-2. 단백질 합성 과정)(Cont.)

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단백질 접힘(folded structure)

• 선형의 폴리펩타이드가 개개의 단백질

에 고유한 접힌 구조(native structure)

를 만드는 과정

• 샤프론 단백질(chaperone protein)

☞ 단백질의 접힘과 수송을 조절

☞ 폴리펩타이드 사슬이 신장 될 때 샤

프론 단백질이 폴리펩타이드 안쪽 부

분에 결합하여 다른 지역과 작용하지

않도록 함

☞ 마지막 입체구조가 나타날 때 떨어져

나감. (마지막 형태에 중요한 특이지

점을 안정화 시킴)

☞ 잘못된 접힘 구조 단백질 복구 기능

3-2. 단백질 합성 과정)(Cont.)

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폴리리보솜(polyribosome)

• 1분자의 메신저 RNA(m-RNA)에 다수의 리보좀이 결합한 구조체

• m-RNA에 복사된 유전암호를 따라서 다수의 리보좀이 각각 독립적으로 동시에 단백합성

• 1분자의 m-RNA에 결합할 수 있는 리보좀의 수는 m-RNA의 길이에 비례

• 리보솜이 유전자 끝에 가까이 갈수록 폴리펩타이드 갈이가 길다.