농업직, 농촌지도사, 농업연구사, 방통대 대비 - 생물과학 요점 정리 8. 유전자의 발현과 조절

8. 유전자의 발현과 조절

 

<목차>

1. 유전자발현

2. 원핵세포의 유전자발현조절

3. 진핵세포의 유전자 발현 조절

4. 유전자조작기술

■ 학습개요
DNA의 유전정보는 유전자발현에 의해 RNA로 전사된 후 리보솜에서 단백질로 번역되며, 그 단백질의 기능에 의하여 형질이 나타난다. 생명체는 개체의 발생과 성장과정에서 필요한 때에 필요한 유전자가 순차적으로 발현하는데, 여기에는 유전자발현의 조절이 따른다. 이 강에서는 형질을 지배하는 유전자의 실체인 DNA의 발현과 조절에 대해서 학습한다.

■ 학습목표  
전사와 번역을 설명할 수 있다.

mRNA, tRNA, rRNA의 기능을 설명할 수 있다.

유전자발현의 오페론 조절과 전사인자 조절을 설명할 수 있다.

유전자조작 기술의 원리와 활용에 대해서 설명할 수 있다 .

■ 주요용어  
전사
: DNA를 주형으로 RNA가 합성되는 것
번역
: mRNA의 유전정보가 아미노산으로 대체되어 폴리펩티드가 합성되는 과정
프로모터
: DNA에 존재하는 특수한 염기서열로 적절한 위치에 RNA 중합효소가 결합하며 RNA 전사 시작점을 표시한다.
엑손
: RNA 가공 후 RNA 분자에 남아 있는 1차 전사물 내에 있는 서열. 또한 전사되는 DNA 부분을 말한다.
인트론
: 1차 전사물 안에 단백질을 암호화하지 않은 RNA 또는 DNA 부분

 

1. 유전자발현

1) 유전정보의 흐름

DNA는 단백질에 대한 유전정보를 가지고있다.
DNA의 유전정보는 RNA로 전사(transcription)된 다음 리보솜에서 단백질로 번역 (translation)된다.
전사와 번역은 유전자가 세포활동을 조절하는 과정이고, 유전자형으로부터 표현형을 만들어내는 과정이다.

전사 : DNA의 정보에 따라 RNA 합성

- DNA 복제와 동일한 방법(상보적 결합)
- mRNA : 단백질 합성 유전자와 관련된 특수 RNA

* 번역 : 전사된 mRNA의 정보에 따라 리보솜에서 폴리펩티드 합성
- 원핵세포:핵막이없어전사와번역이동일장소에서가능
- 진핵세포:핵막으로인해전사와번역이구분됨

생명체의 중심원리(central dogma) : 1956년 크릭(francis Crick)

DNA → RNA → 단백질

2) 전사 : RNA 합성

* RNA 중합효소
DNA주형을따라상보적RNA뉴클레오티드 염기쌍을 5’ → 3’ 방향으로조립하는효소

* 프로모터
RNA중합효소가결합하여전사를시작할수있는 정보가기록된DNA염기서열

* 전사단위
RNA한분자로전사되는DNA상의영역

* rRNA(ribosomal RNA)
리보솜의구성성분
RNA 중합효소 I 에 의해 합성

 

* mRNA(messenger RNA)
- 폴리펩티드의아미노산서열이암호화된RNA
- RNA중합효소II에의해합성
- 진핵세포에서 합성된 mRNA는 하나의 유전자로 된 모노시스트론(monocistron)

*  tRNA(transfer RNA)
- RNA중합효소III에의해합성
- 번역에 참여하여 코돈(codon)을 아미노산으로 대체하는임무수행

 

3) 번역 : 단백질 합성

 

2. 원핵세포의 유전자 발현 조절

1) lac 오페론의 전사조절

 

3. 진핵세포의 유전자 발현 조절

1) 진핵세포의 유전자발현

2) 진핵세포의 전사조절

 

3) 발생과 유전자 발현

 

4. 유전자조작 기술

1) 재조합 DNA

* 제한효소(DNA restriction enzyme)
- DNA를자르는효소
- DNA의 특정부위 염기서열(제한부위)만절단

* 연결효소(DNA ligase)
DNA를연결하는효소

 

2) 유전자 클로닝

3) 중합효소 연쇄반응(PCR)

 

4) 유전자 조작기술의 활용

- 대장균으로부터 사람의 성장호르몬 소마토스타틴 생산(1977년)
- 당뇨병 치료제 인슐린, 인터페론, 인터류킨 등 생산
- 심장마비치료제 우로키나제 개발

 

5) 형질전환식물의 육성

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■ 정리하기
-DNA의 유전정보는 유전자발현에 의해서 RNA로 전사된 다음 리보솜에서 단백질로 번역되고 그 단백질의 기능에 의해서 형질이 나타나게 된다.

-DNA 두 가닥 가운데 한 가닥이 주형으로 되어 RNA를 합성하는 것이 전사이며, 진핵세포의 1차전사물은 핵과 꼬리만들기 및 스플라이싱 등 가공과정을 거쳐서 완성된다.

-번역은 리보솜에서 이루어지며, 리보솜의 작은 단위체에 mRNA가 결합하고 큰단위체에서 mRNA의 코돈이 아미노산으로 대체되어 단백질이 합성된다.

-원핵세포는 오페론을 이용하고 진핵세포는 전사인자를 이용해서 유전자발현을 조절된다.

-유전자조작 기술은 시험관 내에서 원하는 유전자의 재조합DNA를 만들고 그것을 숙주세포로 주입해서 그것을 클로닝하는 것이다.

-유전공학은 유용물질의 대량생산 다른 생물종의 유용유전자를 도입한 품종개량 유전병치료와 기타 여러 산업 분야에 응용되고 있다.