Nester 미생물학 7장: 전사, 복제, 번역 및 유전자 발현

문서 내 토픽

1. 전사(Transcription)

전사는 DNA의 단일가닥을 주형으로 RNA를 합성하는 과정으로, 개시, 연장, 종료 단계로 이루어진다. RNA 중합 효소가 프로모터에 결합하고 시그마 인자의 도움을 받아 개시되며, DNA의 5'에서 3' 방향으로 이동하면서 RNA를 합성한다. DNA의 염기 A, T, G, C는 RNA에서 U, A, G, C로 전사되며, 종료부위에서 Rho 단백질이나 NusA 단백질에 의해 전사가 종료된다.
2. DNA 복제(DNA Replication)

DNA 복제는 시작, 연장, 종결 단계로 이루어진다. 복제기점에서 dnaA, dnaB, dnaC가 결합하고 helicase에 의해 DNA가 풀린다. 연장 단계에서 primase가 RNA primer를 합성하고 DNA 중합 효소가 새로운 뉴클레오타이드를 이어붙인다. 선도가닥은 연속적으로 합성되고 지연가닥은 오카자키 절편으로 형성되며, ligase에 의해 nick이 연결되고 topoisomerase IV가 두 DNA를 분리한다.
3. 번역(Translation)

번역은 mRNA에 암호화된 서열을 리보솜을 통해 단백질의 아미노산 배열로 바꾸는 과정이다. 개시 단계에서 리보솜이 mRNA의 개시코돈 AUG에 결합하고, 연장 단계에서 tRNA가 코돈과 상보적인 안티코돈으로 아미노산을 운반하며, 종료 단계에서 종결코돈(UAA, UAG, UGA)에 도달하면 리보솜이 분리되고 번역이 종료된다.
4. 유전자 발현 조절(Gene Expression Regulation)

원핵생물의 유전자 발현은 음성 조절(repressor)과 양성 조절(activator)로 조절된다. Lac 오페론은 inducible 오페론으로 lactose(inducer)와 glucose 농도에 의해 조절되며, Trp 오페론은 repressible 오페론으로 tryptophan(co-repressor)에 의해 조절된다. 정족수 인식은 자가유도물질이 역치 농도에 도달할 때 특이적 대사가 일어나는 현상이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 전사(Transcription)

전사는 유전자 발현의 첫 번째 단계로서 DNA의 유전정보를 mRNA로 변환하는 과정입니다. RNA 중합효소가 DNA 이중나선을 풀어서 주형 가닥을 읽으며 상보적인 mRNA를 합성합니다. 이 과정은 매우 정교하게 조절되며, 프로모터와 인핸서 같은 조절 요소들이 전사의 시작과 효율성을 결정합니다. 진핵생물에서는 RNA 중합효소 II가 단백질 코딩 유전자의 전사를 담당하며, 히스톤 수정과 크로마틴 구조 변화가 전사 접근성에 영향을 미칩니다. 전사 과정의 정확성과 조절은 세포의 정체성 결정과 환경 반응에 필수적입니다.
2. DNA 복제(DNA Replication)

DNA 복제는 세포 분열 전에 유전정보를 정확하게 복사하는 생명 현상의 핵심 과정입니다. DNA 중합효소가 주형 가닥을 따라 새로운 가닥을 합성하며, 반보존적 복제 방식으로 각 딸 DNA 분자는 원본 가닥 하나와 새로운 가닥 하나로 구성됩니다. 복제 과정은 매우 빠르고 정확하며, 교정 기능과 여러 검사 메커니즘이 오류율을 극히 낮게 유지합니다. 복제 포크에서 선도 가닥과 지연 가닥이 다르게 합성되는 방식은 DNA 구조의 반평행성을 반영합니다. 이 과정의 신뢰성은 유전정보의 안정적인 전달과 생물의 진화를 가능하게 합니다.
3. 번역(Translation)

번역은 mRNA의 유전정보를 단백질의 아미노산 서열로 변환하는 과정으로, 리보솜이 주요 역할을 합니다. tRNA가 mRNA의 코돈을 인식하고 해당하는 아미노산을 운반하여 펩티드 결합을 형성합니다. 개시, 신장, 종료의 세 단계로 진행되며, 각 단계에서 다양한 단백질 인자들이 정확성과 효율성을 보장합니다. 리보솜은 mRNA를 따라 이동하면서 연속적으로 아미노산을 추가하여 폴리펩티드 사슬을 만듭니다. 번역의 정확성은 유전 암호의 해석 오류를 최소화하며, 이는 단백질의 올바른 기능과 세포 생존에 필수적입니다.
4. 유전자 발현 조절(Gene Expression Regulation)

유전자 발현 조절은 세포가 필요한 단백질을 적절한 시간과 양에 생산하도록 하는 복잡한 메커니즘입니다. 전사 수준에서 전사 인자와 크로마틴 구조가 유전자 접근성을 제어하고, 후성유전학적 수정이 장기적 발현 패턴을 결정합니다. mRNA 수준에서 선택적 스플라이싱과 mRNA 안정성이 조절되며, 번역 수준에서 리보솜 접근성과 번역 인자가 단백질 합성을 제어합니다. 또한 마이크로RNA와 같은 비코딩 RNA들이 유전자 발현을 미세하게 조정합니다. 이러한 다층적 조절 시스템은 세포 분화, 발달, 질병 반응 등 생명 현상의 다양성을 만들어냅니다.