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중간고사 총 105점 10문제 서술형

 

제 1장 - 1문제 (10점)
예상문제1) 생명과학과 생명공학의 차이??!!

 

제 2장 - 1문제 (10점)
예상문제1)

 

제 3장 -  5문제   (각 10점, 총 50점)
예상문제1) Vmax, Km값 구하기.
예상문제2) 고정화하는데 주요한 요인들(115쪽)
예상문제3) 미카엘멘텐식(빠른평형가정)을  이용해 Vmax와 Km값을 구하시오.

예상문제4) Arrhenius식(효소 반응속도의 온도 상관식)

예상문제5) 저해제 3가지(경쟁적 비경쟁적 반경쟁적)

예상문제6) 교반반응기,회분배양기 책106쪽

예상문제7) 생물반응기 조건

 

 

제 5,6장 - 2문제 (강의보조자료 1문제-숙주세포) (각 10점, 총 20점)
출제문제1) 숙주세포/ 숙주세포에 따라 폴딩정도가 다름. (프로테인 folding)의 활성(10/8일 수업시간)
예상문제1) 플라스미드와 DNA의 차이(플라스미드는 DNA가 아니다??)
예상문제2) translation과 transfection의 차이.
예상문제3) PCR 과정


기본 용어의 정의를 쓰시오. 10문제 (각 1점, 총 10점) - 알 필요 있는 단어들 위주로.
출제) 136-142쪽 유전자재조합 관련 용어 (5문제)
예상문제1) 172쪽 유전자변형생물체 관련 용어

가산점 5점

 

 

평가 기준
1. 핵심 질문에 잘 서술.
2. 관련없는 답을 서술시 부분 점수 없음.
3. 단답형 답보다 문제 핵심을 이해하여 논리적으로 서술.
4. 그림 위주로 자세히 보기

 

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2 동물복제

 

유전형질이 완전히 같거나, 다른 개체를 만들어 내는 것.

 

 

1)생식세포 복제법

 

- 수정란 분할법 : 난세포를 분할하거나 분리하여 복제하는 방법.

 

- 생식세포 핵이식법 : 수정란에서 핵을 분리한 후 핵을 제거한 난자에 이식하여 복제하는 방법.

 

 

2) 체세포 복제법

 

체세포를 떼어 내어 이를 공여핵세포로 이용하는 방법.

 

 

 

 

동물복제기술의 응용

 

1) 유전적으로 우수한 동물의 증식과 개량

 

2) 동물 생체 반응기(animal bioreactor)의 개발

 

3) 인체 질환 모델 개발

 

4) 대체 장기 생산용 동물 개발

 

5) 멸종 또는 희귀동물의 증식

 

 

 

 

유전자 치료

 

유전적 결함이 있는 유전자를 정상적인 것과 교환하여 정상적인 단백질을 생산할 수 있도록 하고,

 

그 결함으로 생기는 질병을 치료하는 방법.

 

1) 단일 유전자 결핍 질환

 

: 결손되거나 변이된 유전자를 찾아 정상적인 유전자로 교환하여 치료.

 

2) 암(종양)

 

: 자살유전자를 이용해 종양세포만을 선택적으로 파괴.

 

3) 감염성 질환

 

: AIDS가 주요 치료 대상.

 

 

 

 

 

유전자 운반법

 

삽입할 유전자를 세포 내로 안전하고 효과적으로 유전자를 전달하는 운반법이 필요하다.

 

1) 물리화학적인 방법

 

2) 생물학적인 방법

 

 

 

바이오칩

 

작은 기판 위에 DNA, 단백질 등의 생물고분자를 결합시켜 유전자 발현 양상, 유전자 결합, 단백질 분포 등을 분석.

 

1) DNA 칩

 

2) 단백질 칩

 

 

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유전자 변형 생물체 용어

 

GMO-Genetically Modified Organism

 

: 생산량 증대, 가공과 유통의 편의를 위해 유전공학기술을 이용해 기존에 없던 유전형질이나 유전자를 지니도록 개발된 생물체.

 

 

LMO-Living Modified Organism

 

: 인위적으로 변형된 살아있는 생물체를 포괄적으로 지칭함.

 

 

CEO-Genetically Engineered Organism

 

: GMO와 같은 개념.

 

 

GM/CEO-Genetically Modified 또는 Genetically Engineered Organism

 

: GMO와 같은 용어

 

 

 

 

기존의 품종개량과의 차이.

 

기존: 원하는 특성을 갖는 유사 종을 교배해 생성된 잡종 중에서 원하는 형질을 갖는 개체만 찾아내는 것.

 

유전자재조합기술: 원하는 특성을 나타내는 유전자를 생물체에 직접 삽입함. 서로 다른 생물 종에서도 얻을 수 있음.

 

1) 아그로박테리움법

 

Agrobacterium의 Ti 플라스미드에 목적하는 유전자를 삽입시킨 후, 이 미생물을 식물세포에 감염시키면 유전자가 식물세포의 핵 염색체에 전달된다.

 

2) 원형질세포법

 

식물세포의 세포벽을 용해시켜 세포벽이 없는 워형질체로 만든 뒤, Electropolation을 이용해 목적하는 유전자를 식물세포 내로 삽입하는 방법.

 

3) 입자총(particle-gun)법

 

금속 미립자에 목적하는 유전자를 결합시키고, 고합He가스를 이용해 미립자를 식물세포 내로 밀어넣어 유전자를 삽입하는 방법이다.

 

 

 

 

유전자변형 농산물의 분석법

 

 DNA 검출법

 

 : 유전자 재조합 기술에 의해 삽입된 특정 유전자 서열을 확인

 

   PCR을 이용해 DNA 증폭 후 그중 프로모터, 벡터 등의 DNA가 있는지 확인.

 

단백질 분석법

 

 : 특정 유전자에서 합성되는 단백질을 항원-항체 반응에 의해 검사

  

 

 

 

유전자변형 동물

 

목적하는 유전자를 수정란 또는 배세포에 주입하고 이로부터 생성된 변이체 동물.

 

성장속도, 사료효육, 육질개선, 병에 대한 저항성 향상 등 품종개량에 주로 이용된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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9. 중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)

 

 

중합효소 연쇄반응은 특정  DNA 부위를 특이적으로 반복 합성하여 시험관 내(in vitro)에서 원하는 DNA 분자를 수시간 내에 증폭.

 

아주 적은 양의 DNA라도 많은 양의 DNA 합성이 가능하다.

 

 

PCR의 원리

 

세포 내에서 일어나는 DNA복제 과정을

 

시험관에서 효소와 중합에 필요한 각종 기질을 넣고 인위적인 환경을 조절해 일어난다.

 

이중가닥 DNA의 표적 양 끝 염기배열 정보(이미 알고 있는)로부터 상류와 하류의 DNA primer를 미리 합성하고,

 

열성 DNA polymerase(Taq polymerase)와 온도 프로그램이 가능한 thermocycler라는 장비를 사용해 수행한다.

 

다음과 같은 3단계로 이루어진다.

 

 

1단계) DNA의 변성(denaturation,)

 

90-96도로 가열하여 이중가닥 DNA를 단일가닥 DNA로 분리시킨다.

 

높은 온도일수록 분리가 잘 되지만, 너무 높으면 Taq DNA polymerase는 활성도가 낮아질 수 있다.

 

 

2) Primer의 결합(annealing,어닐링)

 

50-56도에서 진행되며, 프라이머가 분리된 단일가닥 DNA에 붙는다.

 

염기 간에 G와 C는 세군데에서 수소결합이 일어나고, A와 T는 두군데에서 결합이 일어나므로

 

G와 C의 비율이 많은지, 적은지 고려하면서 결합온도를 조정한다.

 

 

3) DNA의 합성(polymerization)

 

70-74도에서 진행되며, 프라이머가 단백질을 합성하기 시작한다.

 

원하는 PCR 산물이 크거나 반응요소의 농도가 낮을 때에는 시간을 연장시키기도 한다.

 

Taq DNA polymerase는 보통 1분에 2,000-4,000 뉴클레오티드를 합성할 수 있다.

 

 

4) 반복

 

이 세가지 단계를 반복하여 원하는 DNA를 증폭시키는 것이 PCR의 원리이다.

 

 

 

이 외에도 다른 분야에서 사용된다.

 

1. 법의학에서 특정인의 유전자 검출

 

2. 유전질환 관련 유전자의 검출 및 질병의 진단.

 

3. 감염성 질병 관련 유전자의 검출 및 질병의 진단.

 

 

 

 

PCR은 오직 DNA만 증폭가능하다. .

 

mRNA를 이용해 cDNA를 생성한뒤, cDNA의 양을 늘리기 위해 PCR을 이용한다.

 

  • cDNA진핵세포의 단백질을 원핵세포에서 생산하고 싶을 때, cDNA 이용해야 .
  • target DNA의 ori gene과 숙주세포의 ori gene이 같지 않기 때문에, cDNA를 사용해야 단백질이 제대로 만들어진다.
  • 박테리아에는 스프이신 과정이 없으므로.

   

 

 

 

 

PCR 반응이 끝난 뒤,

 

프라이머의 5'에는 인산기가 없다.

 

Taq polymerase는 3' 말단에 A(아데닌)를 하나 더 붙인다.

 

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8. 재조합 DNA 포함한 클론 선별,분리법

 

 

재조합 DNA를 수용체세포(clone)인 숙주세포 내로 넣었을 때, (transformation, electopolation, transduction, transfection을 이용)

 

전체 수용체세포 중 재조합 DNA가 들어있는 세포는 극히 일부이다.

 

그러므로 재조합 DNA가 들어있는 수용체세포만을 선별, 분리하는 과정이 필요하다.

 

 

1. 플라스미드 벡터(plasmid vector)의 마커를 이용해 선별하는 방법.

 

플라스미드가 항생제 카나마이신(kanamycin)과 테트라사이클린(tetracycline)에 대한 내성 유전자를 maker로 보유하고 있는 경우,

 

maker를 추적함으로써 재조합 plasmid DNA를 함유한 clone을 분리해낼 수 있다.

 

 

 

카나마이신(kanamycin)과 테트라사이클린(tetracycline)에 대한 내성 유전자를 maker로 보유하고 있는 숙주세포에 외부DNA를 삽입한다.

 

이때 테트라사이클린 유전자가 있는 위치에 외부 DNA가 삽입되어 본래의 테트라사이클린 내성유전자는 파괴된다.

 

카나마이신, 테트라사이클린 둘다 없는 세포, 하나만 있는 세포, 둘다 있는 세포 들이 섞여있는  혼합물을 

 

카나마이신이 들어있는 배지 위에 펼쳐놓고 배양하면 카나마이신 내성 유전자를 갖는 숙주세포(두종류)가 자란다.

 

카나마이신 + 테트라사이클린이 첨가된 배지 위에서는 두 내성유전자가 다 있는 숙주세포만 자랄 수 있다.

 

따라서 재조합 플라스미드 DNA를 함유한 clone은

 

카나마이신에서는 잘 자라고, 카나마이신+테트라사이클린 에서는 죽은 세번째 군락이다.

 

 

 

2. DNA 혼성화 반응을 이용한 선별방법.

 

DNA를 변성시켜 가닥을 분리한다. 단일가닥 DNA는 상보적인 염기쌍을 지닌 다른 단일가닥을 만나면 수소결합을 통해 이중가닥 DNA가 된다.

 

이를 혼성화(hybridization)이라고 한다.

 

이러한 특성을 이용하면 여러 종류의 세포들이 섞여있는 혼합물로부터 target DNA가 들어있는 clone을 쉽게 선별해낼 수 있다.

 

target DNA를 단일가닥으로 변성시킨 probe를 만든다.

 

probe와 상보적인 결합을 해서 이중가닥 DNA를 만들어내는 clone만 분리해내는 것.

 

 

3. Immunological assay법

 

항원과 항체 사이의 특이적인 반응을 이용한 방법.

 

target DNA가 만들어낸 단백질이 항원이 되고, 항원을 찾기 위해 probe로 사용하는 화합물이 항체가 된다.

 

 

4. Protein activity 측정법

 

외부 DNA가 숙주세포 내에서 발현되어 단백질을 생성한다면, 그 단백질의 활성을 추적함으로써 클론을 선별해낼 수 있다.

 

만약 단백질이 효소라면 효소활성을 측정하면 된다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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6. 재조합체 DNA 구성법

 

재조합체(recombinant) DNA를 만드는 기술을 recombinent DNA technology라고 한다.

 

재조합체DNA란, 운반체인 vector DNA에 원하는 외래(foreign) DNA를 공유결합시켜 만든 것이다.

 

유전자 재조합 기술을 이용해 하나의 생물체에서 다른 생물체로 유전정보를 전달할 수 있다.

 

 

접착성 말단 연결법

 

vector DNA와 외래 DNA을 같은 종류의 제한효소로 절단시키면 같은 모양의 말단을 갖는다.

 

말단은 단일가닥으로 서로 상보적인 염기쌍을 이루는데, 분해된 두 종류의 DNA를 섞고

 

DNA ligase를 처리하면 5'인산기와 3'-OH기 사이에 공유결합이 이루어지면서 연결된다.

 

 

 

DNA를 제한효소로 분해했을 때 평활성 말단이 생기거나  같은 제한효소를 이용할 수 없을 때  tail이나 링커를 이용하면 효과적이다.

 

1. homopolymer tail 호모폴리머 테일

 

먼저, 각 DNA 말단에 같은 종류의 nucleotide를 여러개 결합해 homopolymer tail을 만든다.

 

이들 염기쌍이 스스로 서로 상보적인 수소결합을 이룬 다음, DNA ligase를 처리해 하나의 DNA분자로 공유결합 되도록 하는 방법이다.

 

 2. linker 링커

 

nucleotide 10개 내외로 연결된 DNA 조각.

 

그 자체 내에 특정 제한효소에 의해 인식, 절단되어 접착성 말단을 형성할 수 있도록 인위적으로 합성한 것.

 

다시말해, vector나 외래DNA의 말단에 linker를 연결한 다음, 제한효소로 linker 내부를 절단한다.

 

이렇게 생긴 접착성 말단에 있는 염기쌍 사이에 서로 수소결합이 이루어지도록 한 다음,

 

DNA ligase를 처리해 vector와 외래DNA를 이인산에스테르 공유결합으로 연결하는 방법.

 

 

3. cDNA 합성법

 

일단, cDNA는 어떻게 만들어지는가. DNA를 transciption해서 mRNA를 생성한다. -> mRNA를 역전사효소로 cDNA를 만들어진다. 

 

cDNA합성법은 진핵세포로부터 유전자를 분리 클로닝하기 위해 이용되는 중요한 방법이다.

 

진핵세포의 DNA는 인트론과 엑손 부분으로 되어있는데, 인트론 DNA는 제거하고, 엑손(발현되는 부분) DNA 부분만 선별해 합성하고 분리할 수 있다.

 

먼저, 세포를 파괴해 mRNA를 선별적으로 분리한다. 분리된 mRNA에 역전사 효소를 처리단일가닥의 cDNA를 합성한다.

 

약품처리로 mRNA와 cDNA를 분리해 RNA만 제거하면 cDNA만 남는다.

 

이 cDNA에 DNA폴리머레이즈를 이용해 새로운 가닥의 DNA사슬을 합성한다. 이중가닥의 cDNA가 만들어진다.

 

이중가닥 cDNA는 적절한 vector DNA에 결합시켜 클로닝될 수 있다.

 

 

 

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제 5장 유전자 재조합

 

 

5. 숙주세포

 

목적하는 유전자를 이용해 원하는 물질을 생산하고자 숙주세포의 특성을 이용한다.

 

어떠한 세포를 숙주로 선택할 것인가.

 

이는 vector의 종류, 외래유전자(target DNA)의 원천과 성질, 클로닝의 목적 등에 따라 결정된다.

 

 

 

  

 

 

 

유전자 도입방법(숙주세포에 따라 방법이 달라짐)

 

특정 유전자나 생체 밖인 시험관에서 인위적으로 조작된 유전자를 선별, 증폭, 보존하기 위해, 또는 특정 생물체를 개량하기 위해

 

유전자를 생체 내로 도입할 필요가 있다. 이때, 유전자를 세포내로 도입하는 방법을 알아보자.

 

1. 트랜스포메이션(transformation)  

 

프로케리오트(원핵세포)에서 관찰되는 유전형질의 변화를 형질전환 transformation이라 한다. 

 

DNA를 박테리아 세포 내로 주입하는 과정으로, 예로 대장균(e.coli)이나 고초균(Bacillus subtilis)에서 일어난다.

 

대장균은 그람 음성균으로 합성된 단백질이 체외로 분비가 되지 않는다.

 

여러 방법들이 개발되었는데, 플라스미드 벡터에 target DNA를 연결해 재조합DNA를 만들고, 이를 숙주세포(대장균) 내에 집어넣는 방법이 흔히 쓰인다.

 

고초균은 그람양성균이다. 인위적인 조작 없이도 외래 DNA가 세포 내로 도입될 수 있다(natural competence).

 

경우에 따라서 세포벽을 제거한 원형질체를 사용하기도 한다.

 

2. 일렉트로폴레이션 (Electroporation)

 

숙주세포와 DNA의 혼합액에 수백-수천 볼트의 고전압을 순간적으로 걸어 짧은 시간 동안 세포벽 및 막에 DNA가 통과할 만한 통로가 생기고,

 

그 순간에 인접해있던 DNA 분자가 세포 안으로 들어가도록 하는 방법이다.

 

세균, 동식물 세포 등에 쓰이는데, 세포벽이 두터운 세균이나 식물세포에 사용하기에는 다소 어려움이 있다.

 

세포벽을 제거해 원형질체로 사용되며, 다시 세포벽을 재생시켜야 하는 번거로움이 있다.

 

3. 트랜스덕션(transduction)

 

박테리오파아지는 한 세포(donor cell)에서 다른 세포(recipient cell)로 DNA의 전달을 매개하는 트랜스덕션의 특징이 있다.

 

파아지의 특성을 이용하는 방법으로는 

 

원하는 DNA(target DNA)를 파아지 내에 집어넣은 뒤, 숙주세포를 감염시키면

 

파아지에 들어있던 DNA는 숙주세포 내로 들어가고, 염색체 DNA와 합쳐진다.

 

파아지의 껍데기 단백질은 숙주 내로 들어가지 못하고 밖에서 분해된다.

 

4. 트랜스펙션(transfection)

 

유케리오트(진핵세포)에서 관찰되는 유전형질의 변화를 의미한다.

 

바이러스 입자를 vector로 사용하여 외래유전자를 진핵세포 내로 전달하는 방법이다.

 

예로 효모(이스트), 사상균, 곤충세포, 동물세포가 있다.

 

 

 

 

 

숙주세포(Host Cell) 종류

 

 

E.coli(대장균)

 

장) 대장균은 값이 싸고, 생장이 빠르다. / 가장 일반적인 숙주세포(호스트)

 

단) folding이 잘 안되서 refolding을 해야한다. (샤페론 기술을 이용해)

 

 

Yeast(효모)

 

장) 효모는 folding이 적절하게 이루어진다.

 

단) 대장균의 3배

 

 

Mammalian(동물세포)

 

장) 적절하게 folding / 단백질이 정확하게 만들어짐.

 

단) 너무 오래 걸림. 거의 하루 / 가격이 비쌈.

 

 

plant cell(식물세포)

 

최근 연구가 성공함.

 

 

 

 

 

Summary ) 재조합DNA에서 이용되는 숙주세포.

 

숙주세포에 있어서 대장균, 동물세포, 식물, 세균, 효모 등이 있다.

 

클로닝,유전자재조합으로 생성된 인슐린은 대장균, 효모, 사람세포 등을 숙주세포로 이용해 만들 있다.

 

이들은 주로 단백질을 생산해내는 숙주(호스트셀)에서 발현된다.

 

프로케리오트는 합성된 단백질이 체외로 분비되지 않는다.

 

이런 분비발현에 따라 프로케리오트와 유케리오트의 특징에 따라 숙주세포를 선택한다.

 

그리고 재조합DNA기술을 이용해 단백질을 생성할 , misfolding되어 구조적인 문제가 생긴다면 된다.

 

고차구조형성이 안되면 문제발생!

 

 

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제 5장 유전자 재조합

 

 

 

3. 제한효소

 

제한효소란,

 

DNA 분자를 구성하는 뉴클레오티드의 특정 염기서열을 인식하여 DNA분자를 자르는 효소.

 

뉴클레오티드 간의 이인산에스테르 결합을 가수분해한다.

 

가수분해 된 말단은 두가지 부류로 나뉜다.

 

1. 접착성 말단

 

가수분해 후 생겨난 사슬 끝 모양이 마치 서로 겹쳐지기 좋게 생긴 형태.

 

2. 평활성 말단

 

DNA분자가 가수분해되어 생긴 사슬(가닥) 끝의 모양이 밋밋하게 생긴 형태.

 

 

 

 

 

4. 유전자 운반체

 

흔히 vector라고 하며, 특정 유전자 DNA숙주세포 속으로 가지고 들어가 증폭시킬 수 있는 기능을 갖는다.

 

특정 유전자 DNA는 vector와 공유결합을 생성함으로써 vector와 함께 행동한다.

 

 

vector의 조건

 

1. vector 스스로 복제하며 증식.

 

2. 숙주세포 에서 안정하게 존재.

 

3. 분해, 절단, 재결합 등이 편리.

 

4. vector의 크기는 작을수록 좋다.

 

5. 다른 DNA조각과 구별이 가능한 독특한 maker처럼 활용되는 유전자를 가져야 한다.

 

6. 제한효소에 의해 잘려도, 기능이 상실되지 않은 부위에 외래 유전자 DNA를 삽입할 수 있어야 함.

 

 

예 1 ) 플라스미드( Plasmid)

 

1. 자가 복제 능력을 보유하고 있다.

 

2. 염색체 DNA와는 별개로 분리되어 있고,

 

3. 세포질 내에 존재하는 두 가닥의 원형 DNA이다.

 

4. 외래유전자나 전체유전자의 크기가 너무 크면 재결합반응이 어렵다는 단점이 있다.

 

5. 취급 보관이 쉽다는 장점도 있다.

 

 

예 2 ) Phage(파아지)

 

1. 일종의 바이러스

 

2. 세균을 감염시켜 숙주로 이용해 생활한다.

 

3. bacteriophage 는 infection을 이용해 복제한다.

 

4. 항체나 항원을 생산할 때 vector로 쓰임.

 

5. E.coli 의 바이러스에 해당하는 bacteriophage lambda(람다파아지)는 플라스미드보다 커다란 크기의 외래유전자를 클로닝하는데 알맞다.

 

(일반적으로10kb /여기는 20kb)

 

 

예 3 ) Cosmid(코스미드)

 

1. 플라스미드의 기능 일부와 파아지의 기능 일부를 보유하고 있다.

 

2. 거대 DNA분자 클로닝을 할 때 사용되는 벡터이다.

 

3. 플라스미드처럼 자가복제에 필요한 유전자를 갖고 있고

 

4. 세균 내에서 독립적으로 존재할 수 있다. 

 

5. 취급, 보존이 쉽고

 

6. 항생제 내성 유전자 maker를 갖고 있어 선별 및 추적이 쉽다.

 

7. 파아지처럼 cos유전자를 갖고있어, 생체 밖 시험관에서도 재조합체 유전자를 사용해 입자를 만들 수도 있다.

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2. 유전자 재조합에 관련된 주요 용어

 

 

 

1. Alkaline phosphatase(알칼리 포스파타제/알칼리성 인산가수분해효소)

 

DNA 또는 RNA 분자의 5' 말단에 있는 인산기를 가수분해해서 제거해 주는 탈인산(dephosphorylation) 효소이다.

 

 

2. Bacteriophage(박테리오파아지)

 

세균을 숙주로 기생하는 일종의 바이러스. 세균세포를 용해시키기도 한다.

 

줄여서 파아지(phage)라고 하고, 대표적으로 대장균을 숙주로 하는 람다파지가 있다.

 

 

3. Base pair(베이스페어)

 

DNA 구조에서 A-T / G-C 사이의 염기쌍을 나타낸다. 약자로 bp는 DNA 분자의 크기를 나타낼 때 기본단위로 사용된다.

 

이는 RNA에도 적용되는데, 1 base pair는 mononucleotide(모노뉴클레오티드) 2개에 해당된다.

 

 

4. cDNA (complementary DNA의 약자)

 

mRNA를 이용해 생체 밖인 시험관에서 인위적으로 합성된 DNA이다(mRNA -> cDNA)

 

전사의 역반응으로, 역전사효소를 촉매로 합성반응이 이루어진다. 전사는(DNA->mRNA)

 

 

5. Cloning

 

유전형질이 같은 종류의 세포나 분자가 여러개 모여서 이루어진 것이 클론(clone).

 

이러한 clone을 만드는 과정을 cloning(클로닝)이라 한다. 유전자 재조합에서는 주로 DNA 또는 cDNA의 클론을 만든다.

 

 

6. Cloning vector

 

일반적으로 플라스미드(plasmid) 또는 파아지(phage)를 포함한 바이러스가 클로닝벡터로 사용된다.

 

DNA를 클로닝할 때, DNA운반체로 사용되는 일종의 DNA.

 

 

7. cDNA clone

 

유전자 DNA 대신에 cDNA를 클로닝에 사용해 생겨난 재조합체 유전자의 집합체이다.

 

mRNA로부터 역전사되어 합성된 여러 종류의 cDNA조각들이

 

클로닝 벡터(cloning vector)에 공유결합된 상태로 모여서 하나의 집단을 이루고 있는 것.

 

 

8. Exon과 intron

 

진핵생물의 DNA는 엑손(exon) 부분과 인트론(intron)부분으로 구성되어 있다.

 

DNA가 전사되어 일차적으로 pre-mRNA가 합성되고, 이 pre-mRNA는 성숙,변형 과정을 거쳐 완전한 mRNA가 된다.

 

이때 일부는 절단되어 제거된다. 여기서 제거된 RNA에 해당하는 DNA부분을 인트론이라 하고,

 

남아있는 RNA부분에 해당하는 DNA를 엑손이라 한다.

 

exon 부분이 최종적으로 단백질합성에 필요한 유전정보를 제공한다.

 

 

9. Gene(유전자)

 

하나의 폴리펩타이드(염기,인산,당)을 합성하는 데 필요한 DNA조각.

 

하나의 gene에는 엑손과 인트론, leader,trailer까지 포함한다. 하나의 Gene은 하나의 폴리펩타이드에 해당한다.

 

 

10. Genome(지놈)

 

세포를 구성하고 있는 모든 염색체(chromosome)들의 집합체이다.

 

즉, 반수체 상태의 염색체들이 모여 하나의 지놈(genome)을 만든다.

 

 

11. Chromosome(크로모좀/염색체)


하나하나의 염색체(크로모좀)는 길다란 이중나선 구조의 DNA와 여기에 부수된 여러 종류의 단백질로 구성되어 있다.

 

지놈(genome)을 구성하는 단위체. 안에는 여러 종류의 유전자(gene)가 들어있다.

 

 

12. Denaturation (변성)

 

단백질에서의 변성은 3차원/4차원 입체 구조의 변화를 의미.

 

핵산의 변성은 이중가닥으로 되어있는 DNA사슬이 분리되어, 단일가닥 상태로 전환되는 것을 의미.

 

변성된 DNA는 원래 상태에 가깝게 재생(renaturation)이 가능하다. 단백질은 복구 불가능.

 

 

13. DNA ligase (DNA 리가아제, DNA 연결효소)

 

DNA의 5' 인산기와 3' OH기 사이에 이인산에스테르 공유결합을 만들어 준다.

 

즉, DNA 조각을 연결시키는 반응을 촉매한다. 핵산 분자를 결합하는 효소.

 

 

14. Ligation(리게이션)

 

핵산 조각의 5'-인산기(phosphate) 말단과 3'-OH 말단 사이에 이인산에스테르 공유결합을 형성함으로써

 

인접한 뉴클레오티드를 연결해주는 반응. 이 반응을 촉매하는 효소는 ligase이다. DNA ligase와 RNA ligase가 있다.

 

 

15. DNase

 

DNA를 가수분해하는 효소.

 

DNA의 뉴클레오티드(nucleotide) 사이를 연결하고 있는 이인산에스테르(phosphodiester)결합을 가수분해한다.

 

 

16. RNase

 

RNA를 분해하는 효소.

 

RNA를 구성하는 뉴클레오티드(nucleotide)와 뉴클레오티드 사이를 연결하는 이인산에스테르 결합을 가수분해한다.

 

 

 

17. DNA polymerase (DNA 중합효소)

 

DNA를 복제하는 효소.

 

염기배열 순서에 맞추어서 이인산에스테르 결합으로 연결함으로써 새로운 DNA사슬을 합성해 낸다.

 

 

18. Lysogen(라이소젠)

 

잠재성 상태의 박테리오파아지 유전자를 자기 자신의 지놈(genome) 내에 갖고 있는 세균.

 

 

19. Operon(오페론)

 

세균에서 특정 유전자 발현과 조절에 관계된 하나의 유전자 단위.

 

구조유전자(아미노산 조성, 서열에 대한 암호를 갖는 유전자) + 조절인자(유전자 발현을 조절하는 인자)의 DNA를 일컫는 말.

 

 

20. Palindronmic sequences(팔린드로믹 시퀀스)

 

5' 또는 3' 어느 한쪽 방향으로 보면 염기배열 순서가 같은 두개의 사슬로 이루어진 DNA조각. (ex. 다시합창합시다)

 

 

21. Polymerase chain reacion(폴리머레이즈 체인 리액션, PCR, DNA중합효소의 연쇄반응)

 

DNA 중합효소의 연쇄 반응을 이용하여 생체 밖에서 DNA를 복제하거나 합성하는 방법   (RNA는 불가능 오직 DNA만 복제).

 

이 방법을 응용하면 여러 종류의 유전자 DNA가 혼합되어 있는 혼합물 중에

 

극미량으로 존재하는 특정의 DNA를 단시간에 증폭시켜 검출해 낼 수 있다.

 

 

DNA중합효소의 연쇄반응은 증폭시키고자 하는 이중나선 구조의 DNA사슬을 변셩시켜 단일가닥 사슬로 만들고,

 

이 단일가닥 사슬이 주형(template)으로 사용되어 새로운 사슬이 합성되면서 이중가닥의 사슬이 만들어진다.

 

새로이 합성된 이중나선 구조의 DNA를 다시 변성시켜 단일가닥 사슬을 만들어 주형으로 사용하고,

 

이로부터 이중가닥의 DNA가 합성되면 다시 변성시키는 과정을 수업이 반복해야 한다.

 

DNA를 변성시키려면 반응액을 고온에서 가열처리 해야 하는데,

 

이 때 반응액 속에 들어있는 DNA 중합효소가 고온에서도 활성을 잃지않고 안전하게 존재할 수 있어야 한다.

 

Thermus aquaticus 세균에서 분리된 일종의 DNA 합성효소인 Taq DNA polymerase는 고온에서도 활성을 잃지 않아

 

polymerase chain reaction에 유용하게 쓰인다.

 

 

22. Promoter

 

전사 반응 초기 단계(DNA->RNA)에 RNA중합효소(RNA polymerase)가 인식하고 결합하여 전사를 시작하는 DNA의 특정부위

 

프로모터와 RNA중합효소의 친화도 또는 결합력에 따라 전사가 될지 말지 결정되고,

 

유전자 DNA의 전사 정도는 유전자 발현까지 영향을 미친다.

 

 

23. Recombinant(재조합체)

 

모세포와 다른 유전형질을 갖고 있는 딸세포. 인위적인 유전자의 변형이나 세포(핵)융합을 거쳐 생겨난다.

 

 

24. Transcription(전사)

 

DNA를 이용해 RNA가 합성되는 반응.

 

DNA의 염기배열 순서에 따라 뉴클레오티드를 연결하여 이에 알맞은 RNA사슬을 합성한다.

 

여기서 필요한 촉매는 RNA중합효소,RNA polymerase 라고 한다.

 

 

25. Translation(번역)

 

전사가 끝난 뒤 일어나는 반응.

 

mRNA의 염기서열에 담겨있는 유전암호가 아미노산의 서열로 번역되면서 아미노산이 중합되어 단백질이 합성되는 반응.

 

리보솜(ribosome)의 주요 기능이다.

 

 

26. Reverse transcription

 

전사의 역반응. RNA를 사용해 DNA를 합성하는 반응. 역전사 효소는 RNA-dependent DNA polymerase하고 한다.

 

 

27. Library

 

클로닝 된 여러 종류의 유전자들이 모여서 이루어진 하나의 집합체.

 

특정 세포의 전체 지놈을 대표하는 각종 유전자들이 모두 들어있다.

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1. 유전자 재조합 기술의 발전

 

지구상의 모든 생물체는 핵산을 유전물질로 가지고 있으며, 같은 유전 암호에 의해서 핵산으로부터 단백질이 합성된다.

 

 

1.1 유전공학이란,

 

생물 종간의 장벽을 초월하여 서로 다른 유전자를 합쳐서 하나로 만들고, 유전자의 발현까지 인위적으로 조절하면서

 

인류에게 유익한 방향으로 특정 생물의 유전자 또는 유전적 특성을 변화시키는 것.

 

 


1.2 유전자의 기능과 특성(DNA,RNA 중심)
 

기,인산,당으로 구성되어 있으며, 당이 디옥시리보스일 때 DNA, 리보스일 때 RNA라고 한다.


DNA의 염기는 AGCT(아데닌,구아닌,시토신,티민)/ RNA의 염기는 AGCU(아데닌,구아닌,시토신,우라실)

 

G와 C / A와 T는 특이적으로 결합하는 상보적 염기쌍(complementary base pair)을 구성한다.

 

염기,인산,당을 합쳐 뉴클레오티드(nucleotide) / 염기,당만 있는 것은 뉴클레오시드(nucleoside)

 

단일가닥(single strand)DNA는 두 염기쌍 간의 수소결합에 의해 이중가닥(double strand)DNA를 형성한다.

 

DNA는 이중나선구조를 갖는다.

 

 

 

1.3 유전정보의 전달과 단백질 생합성

 

중심원리(센트럴 도그마, Central Dogma)

생명현상의 중심원리에서는 여섯가지 현상을 설명한다.

 

파란색 화살표: 일반 서열 정보 전달(General tranfers of biological sequential information)

 

거의 모든 생명체에게서 흔하게 발견되며, 자연상에서 일반적으로 존재하는 현상. 복제, 전사, 번역

 

연두색 화살표: 특수 서열 정보 전달(Special tranfers of biological sequential information)

 

특정 생물군(바이러스 등)에 한해서, 특정 상황에서만 발견되는 현상. 역전사, RNA 복제, 단백질 직접 번역

 

 

 

 

단백질 합성 과정

 

1. 전사, transciption

 

DNA의 유전정보가 RNA 중합효소(RNA polymerase, 폴리머래이즈)에 의해 mRNA(messenger RNA)를 생성하는 과정.

 

DNA의 이중가닥이 분리되면서 두가닥의 template DNA의 염기서열에 대해 상보적인 염기서열을 갖는 mRNA를 생합성한다.

 

이로인해 유전정보가 DNA로부터 mRNA로 옮겨진다.

 

2. 번역, translation

 

mRNA는 세포질내의 단백질 생합성 기구인 리보솜으로 옮겨지는데,  

 

tRNA(transfer RNA)에 의해 옮겨지는 아미노산을 이용해 단백질을 합성하기 위한 유전암호로 이용된다.

 

이 과정을 통해 다수의 아미노산을 구성단위로 하는 단백질이 생합성된다.

 

뉴클레오티드(염기,인산,당)의 염기서열에 의해 단백질 합성에 소요되는 아미노산의 배열순서가 결정된다.

 

3개의 뉴클레오티드의 염기서열은 하나의 아미노산을 지정한다.

 

mRNA 상의 특정 아미노산을 지정하는 염기서열을 코돈(codon)이라 한다.

 

 

 

---------용어 정리-----------

 

폴리펩티드 아미노산들로 이루어진 하나의 선형 사슬.

 

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