유전자의 형질발현

소개글

유전자의 형질발현에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 유전자 발현의 정의

2. 유전물질이 DNA라는 증거

3. 단백질 구조와 기능발현과정

4. DNA가 왜 재조합 기술에 쓰일 수 있는가?

5. DNA 재조합 기술의 원리

6. DNA 재조합 기술에서 파생될 수 있는 의문점 찾기

7. 기술적 요소( DNA 라이브러리, PCR, cloning, 형질전환)

본문내용

로 복제하는 것을 원리로 한다. DNA중합효소는 복제하고자 하는 DNA 주형의 양쪽 말단부위에 각각 결합하는 짧은 프라이머를 이용하여 해당 유전자를 대량(보통 10억 개)으로 복제한다. 프라이머는 화학적으로 합성되어야 하기 때문에, PCR은 필요한 유전자의 염기서열이 알져진 DNA를 클로닝할 때만 쓰일 수 있다.
A-1. PCR은 이중가닥 DNA로 시작한다. 각 순환주기의 반응은 열처리를 통한 두 가지닥의 상호 분리단계부터 시작된다 (1단계).
A-2. 다음은 냉각과정으로, 프라이머들이 분리된 두 DNA 가닥의 상보적 서열에 잡종화된다 (2단계)
A-3. 중합과정으로, 혼합물 속의 DNA 중합효소가 네 개의 디옥시리보뉴클레오티드를 이용하여 두 프라이머로부터 DNA 합성을 시작한다 (3단계).
이 과정은 새로이 합성된 DNA 나선의 열처리부터 다시 반복된다.
이 기술은 고온성 박테리아로부터 분리한 특수 DNA 중합효소에 의존하게 된다. 이 중합효소는 진핵세포의 DNA 중합효소보다 훨씬 높은 온도에서도 안정하여, 1단계에서 보여준 열처리에도 변성되지 않는다. 그러므로 이 효소는 각 반응주기마다 다시 첨가 하지 않아도 된다.
B-1. 이 과정이 계속 반복수행되며, 새로 합성된 조각들을 주형으로 쓰게 되고, 몇 주기 않에 대다수 DNA는 원래의 주형에서 두 프라이므로부터 합성된 동일한 크기의 뉴클레오티드 서열이 된다.
실제로 20~30 순환이 유용한 양의 DNA 증폭을 위해 필요하다. 각 주기마다 앞선 주기에서 하벙된 DNA 양의 두 배를 만들어 낸다.
한 주기는 약 5분 정도 걸리며, 전과정의 자동화로 지금은 DNA 절편의 시함관내 클로닝을 몇 시간 내에 할 수 있다.
형질전환(transformation)
박테리아는 외부환경으로부터 DNA를 획득할 수 있다. 대장균에서는 접합이 유전자를 전달하는 주요 수단이지만, 토양 박테리아인 간상균(Bacillus subtilis)과 같은 박테리아는 형질전환(transformation)이라는 방법을 많이 사용한다. 박테리아는 다른 박테리아가 죽을 때 방출되는 DNA를 세포막을 통해 내부로 유입한다. 이와 같이 유입된 DNA는 일반적으로 재조합에 의해 박테리아 게놈에 삽입된다. 박테리아의 형질전환은 실험수단으로 중요하게 사용된다. 가장 큰 이점은 어떤 종류의 박테리아로부터 얻은 DNA라 할지라도 세포내로 전달할 수 있다는 점이다. 야생 대장균은 유전변이의 방편으로 형질전환을 이용하지 않지만, 실험실에서는 형질전환이 주로 이용된다.
상동재조합(homologous recombination)
일단 접합이나 형질전환을 통해 박테리아 내부로 들어온 새로운 DNA 조각은 여러 운명에 처하게 된다.
F 플라스미드라면 숙주와는 상관없이 독립적으로 복제할 수 있으므로, 박테리아가 분열할 때 자손에게 전해질 수 있다.
도입된 DNA에 복제기점이 없어 복제될 수 없는 경우 박테리아 염색체에 삽입되면 박테리아가 분열함에 따라 잔손에게 전달될 수 있지만, 그렇지 못할 때에는 점차 소멸될 수밖에 없다.
DNA가 박테리아 게놈에 끼어 들어가는 가장 중요한 수단이 상동재조합이다. 모든 생물에서 상동재조합은 유사한 염기서열을 가진 이중나선 DNA 사이에서 일어난다.
박테리아에서 일어나는 상동재조합(homologous recombination)의 특성
(1) 매우 유사한 염기서열을 가진 두 개의 이중나선 DNA가 유사한 부위가 일치되도록 나열된 다음 복잡한 과정에 의해 '교차'가 일어난다.
(2) 각 이중나선의 두 가닥이 절단된 후 그 잘린 끝은 상대편 DNA 끝과 재결합하여 서로 다른 두 DNA 분자의 일부로 구성된 새로운 이중나선을 재구성한다.
(3) 교환되는 부위는 유사염기서열을 가진 두 DNA의 어느 곳에서도 가능하다.
(4) 교환되는 부위의 염기서열은 변경되지 않고 그대로 유지되며, 끊기고 재결합되는 과정은 매우 정확해서 하나의 염기도 더해지거나 결손되지 않는다.
상동재조합은 정렬된 이중나선 중 한 가닥의 DNA가 끊어짐으로써 시작된다.
교차교환의 형성과정
(A) 유사한 염기서열을 지닌 두 DNA가 정열한다. 상동재조합은 정열된 이중나선 중 한 가닥의 DNA가 끊어짐으로써 시작된다.
(B) 끊어진 DNA는 이중나선으로부터 풀려 상보적 DNA와 결합할 수 있도록 부분적으로 풀려진 다른 DNA분자내로 끼어 들어간다. 이 과정이 교차의 첫 단계이다.
(C) 자리를 빼앗긴 DNA 가닥은 이제 잘려서 다른 DNA 분자의 상보적 DNA 가닥과 교차되어 결합한다.
(D) DNA 가닥의 끊긴 부위는 봉합되고 두 DNA 분자는 두 나선 중 하나가 서로 교차된 물리적으로 붙어 있는 구조를 이룬다.
이러한 상동재조합의 중요한 중간산물로 교차교환(cross-strand exchange) 또는 홀리데이 접합 (Holliday junction)이 알려져 있다.
재조합이 일어난 후, 두 개의 DNA 분자로 분리되려면 교차된 두 가닥의 DNA는 다시 끊어져야 한다. 만약 (D)의 상태에서 끊어진다면, 두 개의 원래 DNA는 거의 변화없이 분리될 것이다.
교차교환의 다음단계
교차교환이 형성된 후, 회전이 일어나지 않으면, 두 교차하는 DNA가닥은 절단되므로 유전자 재조합이 일어나지 않은 상태에서 종료된다. 그래서 단계 B와 C에서와 같이 회전된 후 두 교차하는 DNA가 절단되면 D와 E에서와 같은 DNA의 일부분이 교환된 두 개의 DNA가 생성된다.
상동재조합에 의해 두 DNA분자는 교환되거나 하나로 조합될 수 있다.
(A) 긴 박테리아 DNA는 기원이 유사하지만 동일하지는 않은 DNA 조각과 두 번의 재조합에 의해 교환될 수 있다. 접합이나 형질전환에 의해 한 박테리아로부터 다른 박테리아로 이동한 DNA 조각은 이와 같은 이중재조합에 의해 영구적으로 게놈에 들어 간다.
(B) F 플라스미드가 숙주세포의 염색체로 삽입(intergration)되는 과정 역시 상동재조합에 의해서 이루어진다. F 플라스미드의 일부 DNA는 박테리아 염색체의 일부와 매우 유사한 염기서열로 구성되어 있다. 이러한 부위간의 상동재조합에 의해 원형의 F 플라스미드는 박테리아의 원형 염색체 내로 삽입된다.

키워드

유전자,   단백질,   PCR,   형질발현,   유전물질,   재조합기술