소개글
"1. E.coli의 배양 조건 및 분열시간 2. E.coli 성장곡선 3. Lac operon 4. IPTG 5. 흡광도란"에 대한 내용입니다.
목차
1. 세균의 성장 과정과 유전자 발현 조절
1.1. 일반적인 세균의 성장 곡선
1.2. 두 가지 이상의 영양분에 따른 이상적인 성장 곡선 - Diauxic growth
1.3. 락토스 오페론을 통한 유전자 발현 조절
1.4. β-Galactosidase 활성도 측정을 통한 Diauxic growth 확인
2. 액체 배양 및 단백질 발현
2.1. LB 배지 조성 및 특성
2.2. 고체 배양과 액체 배양의 비교
2.3. IPTG를 이용한 Lac Operon의 유도
2.4. eGFP 발현을 통한 실험 결과 확인
3. 실험 방법
3.1. 실험 장치 및 시약
3.2. 배양 조건 및 절차
3.3. IPTG 처리 및 induction
4. 실험 결과 및 고찰
4.1. 배양 결과 관찰
4.2. 세균 성장 곡선과 유전자 발현 조절
4.3. Lac Operon의 구조 및 작동 원리
5. 참고 문헌
본문내용
1. 세균의 성장 과정과 유전자 발현 조절
1.1. 일반적인 세균의 성장 곡선
일반적인 세균의 성장 곡선은 세균이 새로운 환경에 접종된 후 시간의 경과에 따른 세균 수의 변화를 나타낸 것이다. 이 곡선은 크게 4단계로 구분된다.
첫 번째 단계는 유도기(lag phase)로, 세균이 새로운 환경에 적응하는 시기이다. 이 기간 동안 세균 수의 증가는 거의 없으며, 세포 구조와 효소 합성 등이 이루어진다. 이 시기는 환경 조건에 따라 길이가 달라질 수 있다.
두 번째 단계는 지수기(exponential phase)로, 세균이 최적의 환경 조건에서 가장 빠른 속도로 증식하는 시기이다. 세균 수는 기하급수적으로 증가하며, 세포의 생리 활성도가 가장 높다. 이 때 세대 시간, 즉 세균이 한 번 분열하는 데 걸리는 시간을 측정할 수 있다.
세 번째 단계는 정지기(stationary phase)로, 새로운 세균 증가 속도와 사멸 속도가 같아져 세균 수가 일정하게 유지되는 시기이다. 이 시기에는 영양분 고갈과 대사 산물 축적으로 인해 증식보다는 사멸이 우세해진다.
마지막 단계는 사멸기(death phase)로, 영양분 고갈과 독성 물질 축적으로 인해 세균 수가 감소하는 시기이다. 이 때 세균의 자기 용해가 일어나며, 세균 수가 점점 줄어든다.
따라서 일반적인 세균의 성장 곡선은 유도기, 지수기, 정지기, 사멸기의 네 단계로 구분되며, 환경 조건에 따라 각 단계의 길이와 세균 수 변화 양상이 달라질 수 있다.
1.2. 두 가지 이상의 영양분에 따른 이상적인 성장 곡선 - Diauxic growth
세균이 성장할 때 만약 두 개 이상의 영양분(Carbon)등을 제공한다면 Bacterial growth curve는 일반적인 것과 다르게 층이 생긴다. 이것을 Diauxic growth라고 한다. 보통은 Lactose와 Glucose를 같이 영양분으로 가진 대장균 E. coli의 성장에서 이러한 성장양상이 나타나며, 중간에 변곡점을 가지게 된다.
Diauxic growth는 세균이 선호하는 탄소원이 소모되고 난 후 다른 탄소원을 이용하여 성장하는 것을 나타낸다. 세균은 에너지 효율 측면에서 주어진 환경에 가장 적합한 영양원을 선택적으로 사용하게 된다. 일반적으로 세균은 Glucose와 같은 단순당을 선호하여 우선적으로 사용하고, 해당 영양원이 고갈되면 Lactose와 같은 복합 탄수화물을 분해하여 사용하게 된다.
이러한 과정에서 세균의 성장곡선은 2개의 기하급수적 증가구간을 나타내게 된다. 초기에는 Glucose를 에너지원으로 하여 빠른 성장을 보이다가, Glucose가 고갈되면 성장이 일시적으로 정지되는 변곡점이 나타난다. 이후 세균은 Lactose를 에너지원으로 전환하여 다시 기하급수적으로 증가하는 양상을 보인다. 이처럼 영양원의 전환에 따라 2개의 지수적 증가구간이 나타나는 것이 Diauxic growth의 전형적인 양상이다.
이와 같은 Diauxic growth 현상은 세균의 유전자 발현 조절 기작을 통해 설명될 수 있다. 세균의 유전자 발현은 환경 신호에 따라 정교하게 조절되며, 그 대표적인 예가 Lac operon이다. Lac operon은 Lactose를 분해하는 데 필요한 유전자들을 포함하고 있는데, 이 오페론의 발현은 Glucose의 존재 여부에 따라 달리 조절된다. Glucose가 있는 경우 Lac operon이 억제되어 Lactose 분해 효소가 발현되지 않지만, Glucose가 고갈되면 Lac operon이 활성화되어 Lactose 분해가 가능해진다. 이러한 유전자 발현 조절을 통해 세균은 가장 효율적인 에너지원을 선별적으로 이용할 수 있게 된다.
1.3. 락토스 오페론을 통한 유전자 발현 조절
락토스 오페론을 통한 유전자 발현 조절이란 대장균 내에서 젖당(lactose)을 분해하는 데 필요한 유전자들이 하나의 발현 단위로 묶여있는 구조인 락토스 오페론을 통해 유전자 발현이 조절되는 메커니즘을 말한다.
락토스 오페론은 lacZ, lacY, lacA 유전자로 구성되어 있다. lacZ 유전자는 β-galactosidase를 암호화하는데, 이 효소는 젖당을 포도당과 갈락토오스로 분해한다. lacY 유전자는 갈락토시드 퍼미에이즈를 만들어내며, 이 막 단백질은 세포 내로 젖당을 수송하는 역할을 한다. lacA 유전자는 thiogalactoside 아세틸트랜스퍼레이즈를 암호화한다.
이 락토스 오페론의 발현은 환경적 요인에 따라 엄격하게 조절된다. 젖당이 없는 환경에서는 락토스 오페론이 억제되어 있다. 이는 락토스 오페론의 작동 유전자(operator) 부근에 존재하는 억제 단백질(repressor)이 작동 유전자에 결합하여 RNA 중합효소의 접근을 막기 때문이다.
그러나 세포 내에 젖당(lactose)이나 유사체인 allolactose가 존재하게 되면, 이 물질들이 억제 단백질에 결합하여 억제 단백질을 불활성화시킨다. 이로 인해 억제 단백질이 작동 유전자에서 벗어나게 되고, RNA 중합효소가 프로모터 부위에 결합하여 락토스 오페론의 유전자들이 ...
참고 자료
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