생명과학 2 - 유전자의 발현과 조절 (유전물질과 DNA복제, 유전자 발현, 유전자 발현의 조절)

유전물질과 DNA복제

유전자의본질
1. 유 전 자 의 역할
(1) 개체의 형질발현(단백질합성)
(2) 자손에게형질전달(DNA 복제)
2. 세균의형질전환 실험
(1)그리피스의실험:폐렴균(S형균, R형균)을이용한형질전환실험 - 죽은S형균의어떤 물질에의해R형균이S형균으로형질전환
(2)에이버리의실험:S형균의추출물과R형균을함께배양 -DNA가 형질 전환을 일으킨다는 것을 증명
3 . 박테리오파지의 증식 실험
(1)허시와체이스의실험: 박테리오파지의 단백질(4s)과DNA(3p)를 세균에 감염
(2)원심분리 후 상층액에서 30S발견- 단백질은 세균내로 침입 못함
(3) 원심분리 후 침전물에서 3P 발견 ->DNA가 세균내로 침입 ->DNA가 유전물질임을 증명


핵 산(DNA, RNA)의구조
1. 핵산(NA, Nucleic Acid)

2. 핵산의구성
(1)기본단위:뉴클레오타이드(인산 +당+염기)
(2) 당( 5 탄 당) : 디옥시리보스( DNA ) , 리보스 ( RNA ) •탄소번호(1번- 염기, 5번- 인산)
(3)염기:유전정보를결정,퓨린계(A,G)와피리미딘계(C. T,U)
(4) 인산 : 산성과 음전하를 띰

3 . DNA의 이중나선 구조
(1 ) 샤 가 프 의 법 칙 : A = T , G =C , A ( T ) + G ( C ) = 5 0 % 2A +3G= 전체 수소 결합 수
(2) 왓슨과 크릭, DNA의이중나선구조발견
(3) 두가닥 뉴클레오타이드사이의염기 결합(수소결합)
(4) 염기의상보적결합(A= T, CEG)
(5) D N A 두 가 닥 의 역 평 행 구 조 ( 5' 말 단 과 3 ' 말 단 )
(6) 당 의 3 에 새 로 운 뉴 클 레 오 타 이 드 결 합 ( DN A 의 결 합 방 향 : 5 ' -
(7) D N A 의 1 회 전( 1 0 쌍 의 뉴 클 레 오타 이 드 )

DNA의복제
1. DNA의복제: 세포주기의S기, 반보존적복제방식
2. DNA복제증명실험(메셀슨과 스탈)
(1)반보존적복제가설: DNA양쪽사슬이갈라져기존가닥을 으로새로운DNA가합성, MN와15N를이용하여DNA 후원심분리- >가설과실험의 결과가일치
(2)보존적복제가설: G,에서실험의결과가불일치- >불인정
(3)분산적복제가설: G에서실험의결과가불일치->불인정
3 . 반보존적복 제 과정
(1)DNA복제개시: 복제원점에서헬리케이스에의해이중
이 분리되며 양쪽으로 복제 분기점형성
(2)DNA신장
• 복제 시작 부위에 프라이머 결합하여3 말단 제공
• DN A 중합 효소가 결합해 새로운 뉴클레 오타이 드를 결합 •선도가닥:5' -3'방향으로연속적합성
• 지연가닥: 5 -3' 방향으로불연속적합성, 짧은DNA _ 생성
(3)DNA복제종료: DNA 중합효소에의해 프라이머제 DNA뉴클레오타이드로대체, 이후DNA연결효소에 DNA 조각 연결

4. DNA 추출실험
(1)소금: Na'이 DNA를뭉치게함
(2)세제 :세포막과 핵막을 제거함
(3)에탄올: DNA가 더욱 뭉쳐서 떠오름

유전자 발현

유전자와 단백질
1. 1유전자 1효소설
(1)DNA유전정보-효소단백질- 형질발현
(2)1유전자1효소설 -1유전자1폴리펩타이 드설로발전
2 .붉은빵곰팡이실 험(비들과테이텀)
(1)붉은빵곰팡이에자외선(X선)으로유전자를파괴하여효소작용 2 .전사과 정의특징
여부확인
(2)한 종류의 유전자가 한 종류의 효소를 발현함을 확인
(3)물질합성순서: 모든돌연변이가생존-> 최종물질

유 전정보의전달
1 .유전정보의전달
(1)중심원리

(2) 진핵세포: 전사는핵, 번역은세포질
(3)원핵세포: 전사와번역모두세포질에서동시에
2 .RNA의종류
(1)mRNA: DNA의유전정보를리보솜에전달
(2)tRNA : 아미노산을리보솜으로 운반
(3) F R N A : 리 보 솜 을 구 성, 효 소 로 작 용
(1) 주형 가 닥 과 비 주형 가닥 의 구분 필 요
(2) 전사방향은MRNA의5 - 3
(3)tRNA와R NA도핵에서전사
3. 유전 정보
(1) 뉴클레오타이드의 염기 서열 ->아미노산의 순서 결정- 단백질질의 구조결정
(2) 3 염 기 조 합 ( 트리 플 렛 코 드 ) : D N A 의 3 개 염 기 가 1 개 의 아 미 노 산 지정 3 개의 염 기 = 4 x 4 X 4 = 6 4 조 합 으 로 2 0 종 아 미 노 산 지 정 가 능
(3) 코돈 : D N A 에 서 전 사 된 m R N A 의 유 전 부 호 (AUG: 개시/ UGA, UAA, UAG:종결)
(4) 안티 코돈 : MRNA 코돈에 대응하는 t RNA의 유전 부호
(5) 전사와 번역과정은 염기의 상보적 결합과정
(6)니런버그실험: 단백질합성계이용각코돈을밝힘(개시 코돈은 고려하지 않음)



RNA의전사
1 .RNA전사과정
(1)개시:RNA중합효소가 프로모터에 결합, DNA를단일으로 분리
(2)신장: 주형DNA가닥과상보적인RNA뉴클레오타이드를

2. 전사 과정의 특징
(1) 주형 가 과 비주형 가닥의 구분 필요
(2) 전사방향은MRNA의5 - 3
(3)tRNA와R NA도핵에서전사

3 .MRNA의가공
(1)핵에서mRNA전사후 가공
(2) 인 트론(비암호) 부분제거하고엑손(암호) 부분연결



단백질의 합성(번역)
1. 단백질합성의기구:mRNA,tRNA,리보솜(A자리,P자리, 자리)
2 . 단 백질 합성의 과정
(1)mRNA에리보솜(소단위체)절합, 개시코돈에메싸이오 tRNA 결합 후리보솜(대단위체) 결합
(2)두번째 아미노산tRNA가 A자리에 결합하며 메싸이오닌 타이드 결합
(3) 첫 번째 t RN A가 리보솜에서 방출되고 리보솜이 코돈 한 축 동 하 면 서 동 일 과 정 반 복
(4)종결코돈에서 더이상 tRNA가 결합하지 못하여 단백질 합성
(5) 단백질 합성의 방향 : mRNA 의 5 -3 방 향 으 로 번 역

유전자 발현의 조절

원핵생물에서의조절(오페론)
유전자발현조절의필요성:특정시기에 특정 유전자가 발현되어 규정물질만을 합성하는것이 효율적
여러유전자가집단형성->한꺼번에 조절가능
포도당당오페론(프로모터+작동부위+구조유전자)
포도당이있을때 :억제단백질이작동부위에 결합 R NA전사 불가 -젖당분해효소합성불가
포도당만있을때: 젖당유도체와억제단백질결합 억제단백질 구조변성 ->작동 부위에결합하지못함 -RNA 중합효소가 프로모터에결합 - 젖당분해효소합성
조절 유 전 자 : 억 제 물 질 을 만 드 는 유 전 자, 항 상 발 현