1 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
1-1. 센트럴도그마(central dogma) 가설
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
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)
2-1. 전사(transcription)
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
promoter
2-2. 진핵생물 전사
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
1 mRNA 1
Pre-RNA
2-2. 진핵생물 전사(Cont.)
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
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
[별첨]
2-4. tRNA
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
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)
3-1. 단백질 합성 기구
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
3-1. 단백질 합성 기구(Cont.)
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
3-2. 단백질 합성 과정
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.)
20
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.)
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.
