왓슨 분자생물학

1부 화학과 유전학 1
1장 멘델의 세계관 5
멘델의 발견 6
분리의 법칙 6
글상자 1-1 멘델의 법칙 6
어떤 대립유전자는 우성도 열성도 아니다 8
독립의 법칙 8
유전의 염색체설 8
유전자의 연관과 교차 9
글상자 1-2 유전자들은 염색체에 연관되어 있다 10
염색체 지도작성 12
돌연변이에 의한 유전적 변이의 기원 15
유전자는 무엇이고 이들이 어떻게 행동하는가에 대한 초기의 고찰 16
유전자와 단백질간의 관계를 찾기 위한 예비 시도 16
요약 17
Bibliography 18

2장 유전정보를 전달하는 핵산 19
에이버리의 폭탄선언: DNA가 유전적 특성을 전달할 수 있다 20
바이러스의 유전자도 역시 핵산이다 21
이중나선 21
글상자 2-1 샤가프의 법칙 23
DNA를 만드는 중합효소 찾기 24
DNA 복제 동안 DNA 가닥이 분리된다는 실험적 증거 26
DNA 내의 유전정보는 네 가지 뉴클레오티드의 서열에 의해 운반된다 28
DNA는 단백질 합성시 아미노산의 순서를 직접 지시하는 주형이 될 수 없다 28
글상자 2-2 유전자가 단백질의 아미노산 서열을 통제한다는 증거 29
RNA는 화학적으로 DNA와 매우 유사하다 30
중심원리 31
크릭의 어댑터 가설 31
단백질의 시험관내 합성 32
비특이적으로 보이는 리보솜의 역설 32
전령 RNA의 발견 33
DNA 주형에 의한 RNA의 효소적 합성 33
유전암호의 확립 35
단백질 합성 방향의 확립 37
개시와 종결신호도 역시 DNA 안에 암호화되어 있다 38
유전체학의 시대 38
요약 39
Bibliography 40

3장 약한 화학적 상호작용의 중요성 41
화학결합의 특징 41
화학결합은 양자역학적 용어로 설명된다 42
화학결합 형성은 에너지의 형태변화를 포함한다 43
결합 형성과 절단 사이의 평형 43
자유에너지의 개념 44
Keq는 QG와 지수적인 상관관계가 있다 44
공유결합은 매우 강하다 44
생물계에서의 약한 결합 45
약한 결합은 1 ~ 7 kcal/mol 사이의 에너지를 갖는다 45
약한 결합은 생리적 온도에서 항상 만들어지고 파괴된다 45
극성과 비극성 분자들 사이의 구별 45
반데르발스 힘 46
수소결합 47
어떤 이온결합은 수소결합이다 47
약한 상호작용들은 상보적인 분자 표면을 필요로 한다 48
물 분자들은 수소결합을 이룬다 49
수용액 내에서 분자들 사이의 약한 결합들 49
글상자 3-1 분자 모양의 특수성과 선택적 고착의 개념 50
수소결합을 형성할 수 있는 유기분자는 수용성이다 51
소수성 "결합"은 고분자를 안정화한다 51
2 ~ 5 kcal/mol 사이의 QG의 이점 52
약한 결합은 기질에 효소를 붙인다 53
약한 결합은 대부분의 단백질:DNA와 단백질:단백질 상호작용을 매개한다 53
요약 53
Bibliography 54

4장 고에너지 결합의 중요성 55
에너지를 주는 분자들은 열 역학적으로 불안정하다 55
효소는 생화학반응에서 활성화 에너지를 낮춘다 57
생체분자에서의 자유에너지 58
고에너지 결합은 가수분해 될 때 큰 음수의 QG를 갖는다 58
생합성 반응에서의 고에너지 결합 60
펩티드 결합은 자발적으로 가수분해된다 60
양수의 QG와 음수의 QG의 연결 61
기-전이반응에서 전구체의 활성화 61
기-전이에서 ATP의 융통성 62
AMP의 부착에 의한 아미노산의 활성화 63
~ 존재에 의해 활성화되는 핵산 전구체 64
핵산 합성에서 ~ 방출의 유용성 64
~ 절단은 대부분 생합성 반응의 특징이다 65
요약 66
Bibliography 67

5장 약한 결합과 강한 결합이 거대분자의 구조를 결정한다 69
고차원 구조는 분자 내 상호작용과 분자 간 상호작용에 의하여 결정된다 69
DNA는 규칙적인 나선을 형성할 수 있다 69
RNA는 매우 다양한 구조를 형성한다 71
단백질 구성단위의 화학적 특징 71
펩티드 결합 72
단백질 구조의 네 단계 72
α 나선과 β 판은 2차 구조의 일반적인 형태이다 74
글상자 5-1 단백질의 구조 결정 75
단백질의 특이적인 입체구조는 수소결합의 양상에 기인한다 78
α 나선은 연합하여 감긴-코일 구조를 형성한다 80
대부분의 단백질은 모듈화되어 있으며, 두 세개의 도메인을 가진다 81
단백질은 놀라울 정도로 적은 수의 구조적 모티프로 구성된다 81
글상자 5-2 거대 단백질은 흔히 여러 개의 작은 폴리펩티드 사슬로 만들어진다 82
서로 다른 단백질의 기능은 다양한 도메인의 조합에 기인한다 82
약한 결합에 의해 단백질이 DNA와 RNA 분자의 올바른 위치에 결합한다 84
단백질은 특이적인 DNA 결합자리에 접근하기 위하여 DNA를 따라가며 탐색한다 85
단백질이 RNA를 인식하는 다양한 방법 86
다른자리입체성: 모양 변화에 의한 단백질의 기능 조절 87
작은 리간드, 단백질-단백질 상호작용, 그리고 단백질 변형의 예에서 다른자리입체성 조절의 구조적 기본 원리가 알려졌다 88
단백질의 조절이 모두 다른자리입체성에 의해 일어나는 것은 아니다 91
요약 91
Bibliography 92

2부 유전체의 유지 93

6장 DNA와 RNA의 구조 97
DNA의 구조 98
DNA는 폴리뉴클레오티드 사슬로 구성되어 있다 98
각각의 염기는 선호하는 토토머 형을 가진다 100
이중나선의 두 가닥은 역평행 방향으로 염기쌍을 형성함으로써 묶여있다 100
이중나선의 두 사슬은 상보적인 서열을 가진다 101
수소결합은 염기쌍 형성의 특이성을 위해 중요하다 102
염기는 이중나선으로부터 돌출되어 나올 수 있다 102
DNA는 보통 오른손 방향의 이중나선이다 103
이중나선은 작은홈과 큰홈을 가진다 103
큰홈은 화학적 정보가 풍부하다 103
글상자 6-1 DNA는 용액 내에서 나선의 한 회전 당 10.5개의 염기쌍을 가진다: 운모 실험 104
이중나선은 다양한 구조로 존재한다 106
DNA는 때로 왼손방향 나선 형태를 가질 수도 있다 107
DNA 가닥은 분리(변성)되고 재생될 수 있다 108
일부 DNA 분자는 원형이다 111
DNA의 위상학 111
고리수는 공유결합상 닫힌 원형 DNA의 고유한 위상학적 속성이다 112
고리수는 꼬임과 초나선으로 구성된다 112
LkO는 생리적 상태에서 완전히 이완된 cccDNA의 고리수이다 114
세포 내 DNA는 음성의 초나선꼬임을 이루고 있다 114
뉴클레오솜은 진핵생물에서 음성 초나선꼬임을 도입한다 115
위상이성화효소는 초나선꼬임의 DNA를 이완할 수 있다 115
원핵생물은 DNA에 초나선꼬임을 도입하는 특별한 위상이성화효소가 있다 116
위상이성화효소는 DNA 분자의 매듭을 풀거나 엉킨것을 푼다 117
위상이성화효소는 단백질-DNA 공유결합을 사용하여 DNA 가닥을 자르고 재결합 한다 118
위상이성화효소는 효소 다리를 형성하고 그 사이로 DNA 가닥을 통과시킨다 118
DNA 위상이성체는 전기영동으로 분리될 수 있다 120
에티듐 이온은 DNA를 풀리게 한다 120
글상자 6-2 DNA 고리의 위상적 특징으로부터 DNA가 한 회전 당 약 10.5 염기쌍의 나선형 주기를 가진다는 것을 증명한다 121
RNA의 구조 122
RNA는 리보오스와 우라실을 포함하며 보통 단일가닥이다 122
RNA 사슬의 골격은 스스로 접혀서 국부적으로 A형 DNA와 유사한 이중나선을 형성한다 123
RNA는 복잡한 3차구조로 접힐 수 있다 124
일부 RNA는 효소이다 125
망치머리 리보자임은 2、, 3、고리형 인산기 형성에 의해 RNA를 자른다 125
생명체는 RNA 세계로부터 진화했을까? 126
요약 126
Bibliography 127

7장 염색체, 염색질 그리고 뉴클레오솜 129
염색체 서열과 다양성 130
염색체는 원형일수도 직선형일 수 도 있다 130
모든 세포는 특정수의 염색체를 가진다 131
유전체의 크기는 생물의 복잡성과 연관되어 있다 133
대장균의 유전체는 대부분이 유전자로 구성되어 있다 134
복잡한 생명체는 낮은 유전자 밀도를 가진다 134
유전자는 진핵생물의 염색체 DNA에서 단지 작은 부분만을 차지한다 135
사람의 유전자간 서열은 대부분이 반복 DNA로 구성되어 있다 137
염색체의 복제와 분리 138
진핵생물의 염색체가 세포분열 동안에 유지되기 위해서는 동원체, 말단소체 그리고 복제개시점을 필요로 한다 138
진핵생물 염색체의 복제와 분리는 세포주기의 구분된 단계에서 일어난다 141
진핵세포의 분열에 따라 염색체의 구조도 변화한다 143
자매염색분체 결합과 염색체의 응축에는 SMC 단백질이 관여한다 144
유사분열에서는 어버이 염색체 수가 유지된다 146
세포주기의 G 시기는 이전의 단계가 정확히 마쳐졌는지를 점검하면서 세포주기의 다음 단계를 준비하는 시기이다 146
감수분열은 어버이 염색체 수를 줄인다 148
서로 다른 수준의 염색체 구조를 현미경을 통해 관찰할 수 있다 150
뉴클레오솜 151
뉴클레오솜은 염색체의 기본 구성 단위이다 151
글상자 7-1 마이크로코커스 핵산분해효소와 뉴클레오솜 결합 DNA 152
히스톤은 작고 양전하를 띈 단백질이다 153
뉴클레오솜의 원자구조 154
다수의 DNA 염기서열 비 의존적인 접촉이 히스톤 중심과 DNA 사이의 결합을 유도한다 156
히스톤 N-말단 꼬리는 DNA가 팔량체 주위를 에워싸는 것을 안정화한다 159
고단계의 염색질 구조 160
히스톤 H1은 뉴클레오솜 사이의 연결 DNA에 결합한다 160
뉴클레오솜의 배열은 보다 더 복잡한 구조인 30-nm 섬유를 형성할 수 있다 161
히스톤 N-말단 꼬리가 30-nm 섬유의 형성에 필요하다 162
더 이상의 DNA 압축에는 뉴클레오솜 DNA의 큰 고리가 관여한다 162
히스톤 변이체는 뉴클레오솜의 기능을 변화시킨다 163
염색질 구조의 조절 165
DNA와 히스톤 팔량체의 상호작용은 역동적이다 165
뉴클레오솜 리모델링 복합체는 뉴클레오솜의 운동을 촉진한다 166
몇몇 뉴클레오솜들은 생체내의 특정한 위치에서 발견된다: 뉴클레오솜의 위치 고정화 168
히스톤 N-말단 꼬리의 변형에 의해 염색질의 접근성이 변화한다 169
글상자 7-2 세포내에서 뉴클레오솜의 위치 결정 170
특정 효소들이 히스톤의 변형을 담당한다 173
뉴클레오솜 변형과 리모델링은 DNA 접근성을 증가시키기 위해 함께 작용한다 174
뉴클레오솜의 조립 175
뉴클레오솜은 DNA 복제 후 즉시 조립된다 175
뉴클레오솜의 조립에는 히스톤 "샤페론"들이 필요하다 176
요약 179
Bibliography 180

8장 DNA 복제 181
DNA 합성의 화학작용 182
DNA 합성에는 데옥시뉴클레오시드 삼인산과 프라이머: 주형 결합체가 필요하다 182
DNA는 프라이머의 3′말단의 신장에 의해 합성된다 183
피로인산의 가수분해로 DNA합성에 필요한 에너지가 유도된다 183
DNA 중합효소의 작용 기작 184
DNA 중합효소는 DNA 합성을 촉매하기위해 단일 활성부위를 이용한다 184
DNA 중합효소는 프라이머: 주형 결합체를 쥔 손 모양을 하고 있다 186
DNA 중합효소는 진행성을 가진 효소이다 188
핵산외부분해효소는 새로 합성된 DNA를 교정한다 191
복제분기점 192
DNA의 두 가닥 모두 복제분기점에서 함께 합성된다 192
새로운 DNA 가닥의 합성이 시작되기 위해서는 RNA 프라이머가 필요하다 193
DNA 복제 완결을 위해서는 RNA 프라이머가 제거되어야 한다 194
DNA 헬리카아제는 복제분기점 앞에서 이중 나선을 푼다 194
단일가닥 결합 단백질은 복제전에 단일가닥 DNA를 안정시킨다 195
글상자 8-1 DNA 헬리카아제의 극성 결정하기 196풀어지면서 생기는 초나선을 풀어준다 198
복제분기점 효소는 DNA 중합효소 기질의 범위를 넓힌다 199
DNA 중합효소의 특수화 200
DNA 중합효소들은 세포 내에서 다른 역할을 위해 특수화 된다 200
활주 클램프는 DNA 중합효소의 진행성을 크게 증가시킨다 201
활주 클램프는 클램프 장전자에 의해 열려져 DNA에 놓여진다 204
DNA 복제분기점에서의 합성 205
글상자 8-2 ATP에 의한 단백질의 기능 조절: 활주 클램프의 장전 206
복제분기점 단백질들 사이의 상호작용으로 대장균 레플리솜이 형성된다 210
DNA 복제 개시 212
특정 유전체 DNA 서열이 DNA 복제 개시를 지시한다 212
복제 개시의 복제단위 모델 212
복제자 서열은 개시인자 결합자리와 쉽게 풀리는 DNA 부위를 가지고 있다 213
결합과 풀림: 개시인자 단백질에 의한 복제개시점 선택과 활성화 214
글상자 8-3 복제개시점과 복제자의 확인 214
단백질-단백질간 그리고 단백질-DNA간 상호작용이 개시 과정을지시한다 217
글상자 8-4 대장균의 DNA 복제는 DnaATP 수준과 SeqA에 의해 조절된다 217
글상자 8-5 복제 공장 가설 221
진핵생물 염색체는 세포주기 당 정확히 한번만 복제된다 223
진핵세포의 복제개시는 복제전복합체의 형성에 의해 조절된다 223
복제전복합체 형성과 활성화는 각 세포주기 동안 복제가 1회만 일어나도록 조절된다 225
진핵세포와 원핵세포 DNA 복제 개시의 유사점 228
복제 종결 228
유형 II 위상이성질체효소는 딸 DNA 분자를 분리하는데 필요하다 228
선형 염색체의 말단에서는 지체가닥 합성이 불가능하다 229
말단소체중합효소는 외래의 주형이 필요없는 새로운DNA 중합효소이다 230
말단소체중합효소는 염색체의 3′말단을 신장시킴으로써 말단 복제 문제를 해결한다 232
요약 232
Bibliography 233

9장 돌연변이 발생과 DNA 수선 235
복제 실수와 그 수선 236
돌연변이의 성질 236
어떤 복제 실수는 교정을 회피한다 237
글상자 9-1 세 뉴클레오티드 반복 부분의 확장이 병을 일으킨다 237
잘못짝지움 수선은 교정에서 놓친 실수를 제거한다 238
DNA 손상 242
DNA는 가수분해와 탈아미노화에 의해 자연적인 손상이 일어난다 242
글상자 9-2 에임즈 검정법 243
DNA는 알킬화, 산화 및 방사선에 의해 손상을 받는다 244
염기 유사물질과 염기 간 삽입물질에 의해서도 돌연변이가 일어난다 245
DNA 손상의 수선 246
DNA 손상의 직접적인 역전 247
염기 절제수선 효소는 손상된 염기를 염기 뒤집힘 기작으로 제거한다 248
뉴클레오티드 절제수선 효소는 손상된 DNA의 양쪽을 모두 절단한다 250
재조합은 손상되지 않은 DNA로부터 서열 정보를 복구함으로써 DNA 절단을 수선한다 253
장애관통 DNA 합성은 DNA 손상 부위를 가로질러 복제한다 254
글상자 9-3 Y-족 DNA 중합효소 256
요약 257
Bibliography 258

10장 분자수준에서의 상동재조합 259
상동재조합 모델들 259
홀리데이 모델은 상동재조합의 주요 단계를 보여준다 260
이중가닥절단 수선 모델이 많은 재조합을 더 정확하게 묘사한다 264
글상자 10-1 두 홀리데이 연결부를 갖는 재조합 중간체를 분리하는 방법 266
이중가닥 DNA 절단은 여러 방법으로 생겨나서 상동재조합을 시작시킨다 267
상동재조합 단백질 기구 268
RecBCD 헬리카아제/핵산분해효소가 재조합을 위해 절단된 DNA 분자를 처리한다 269
RecA 단백질은 단일가닥 DNA에 조립되어 가닥 침투를 촉진한다 272
새로운 염기쌍을 형성하는 짝은 RecA 섬유 안에서 정해진다 274
RecA 상동단백질은 모든 생명체에 존재한다 275
RuvAB 복합체는 특이적으로 홀리데이 연결부를 인지하여 가지이동을 촉진한다 276
RuvC는 홀리데이 연결부에서 특정 DNA 가닥을 잘라서 재조합을 끝낸다 276
진핵생물에서의 상동재조합 278
진핵생물에서의 상동재조합은 추가적인 기능을 가지고 있다 278
상동재조합은 감수분열동안의 염색체 분리에 필요하다 279
감수분열 시기에 이중가닥 DNA의 예정된 절단이 일어난다 279
MRX 단백질은 RecA 유사 가닥교환 단백질의 조립을 위해 절단된 DNA의 말단을 가공한다 282
Dmc1은 감수분열 재조합에 특이적으로 기능을 하는 RecA 유사 단백질이다 282
많은 단백질들이 함께 작용하여 감수분열 재조합이 일어난다 284
교배형의 전환 285
교배형 전환은 위치 특이적인 이중가닥 절단에 의해 시작된다 286
교배형 전환은 유전자 변환 현상으로 교차와는 관련이 없다 286
상동재조합 기작의 유전적 결과 288
유전자 변환은 재조합 동안에 DNA가 수선되기 때문에 일어난다 289
요약 291
Bibliography 291

11장 자리 특이적 DNA 재조합 및 전위 293
보존적 자리 특이적 재조합 294
자리 특이적 재조합은 표적 DNA 내 특이적 DNA 염기서열에서 일어난다 294
자리 특이적 재조합효소는 공유결합 단백질-DNA 중간체를 이용하여 DNA를 절단하고 재연결한다 296
세린계 재조합효소는 DNA 이중가닥 절단을 유도하고 가닥을 바꾸어서 재조합을 촉진한다 298
티로신계 재조합효소는 DNA 가닥 쌍을 절단하고 동시에 재연결한다 299
DNA에 결합하는 티로신계 재조합효소의 구조는 DNA 교환 기작을 밝혀준다 300
글상자 11-1 자리 특이적 재조합의 유전공학적 응용 302
자리 특이적 재조합의 생물학적 기능 302
λ 통합효소는 바이러스 유전체의 숙주세포 염색체로의 통합과 절제를 촉진한다 303
λ 파지 절제는 새로운 DNA-구부림 단백질을 요구한다 304
Hin 재조합효소는 DNA 단편을 역위시켜 대체 유전자의 발현을 가능하게 한다 305
Hin 재조합에는 DNA 증폭자를 요구한다 306
재조합효소는 다량체 원형 DNA 분자를 단량체로 변환시켜 준다 307
특이적인 DNA 단편에 재조합을 지시하는 다른 기작이 있다 310
전위 310
전위는 유전인자를 새로운 염색체 위치로 이동시킨다 310
세 가지 계열의 중요한 전위인자가 있다 311
DNA 전위인자는 재조합 부위 옆으로 연결된 전위효소 유전자를 갖고 있다 312
전위인자는 자발적 및 비자발적 인자로 존재한다 313
바이러스 유사 레트로전위인자와 레트로바이러스는 재조합에 중요한 말단 반복 염기서열과 두 개의 유전자를 갖고 있다 313
폴리-A 레트로전위인자는 유전자와 비슷하다 314
오려 붙이기 기작에 의한 DNA 전위 314
오려 붙이기 전위에서 중간체는 간극 수선으로 완성된다 316
DNA 전위가 일어나는 동안 비운반 가닥을 절단하기 위한 많은 기작들이 있다 316
복제기작에 의한 DNA 전위 318
바이러스 유사 레트로전위인자와 레트로바이러스는 RNA 중간체를 이용하여 이동한다 320
DNA 전위효소와 레트로바이러스 통합효소는 superfamily 계열 단백질 종류이다 321
글상자 11-2 레트로바이러스 cDNA 형성경로 322
폴리-A 레트로전위인자는 "역이어맞추기" 기작을 이용하여 이동한다 324
전위인자들 및 그들의 조절에 대한 예시 327
IS4 계열 전위인자는 다양한 기작으로 사본수를 조절하는 치밀한 인자이다 327
글상자 11-3 옥수수 전위인자와 전위인자의 발견 328
Tn10 전위는 세포내 DNA 복제와 연결된다 329
파지 Mu는 아주 튼튼한 전위인자이다 331
Mu는 표적면역을 사용하여 자신의 DNA 내에 전위가 일어나는 것을 회피한다 331
Tc1/Mariner 전위인자는 진핵생물에서 아주 성공적인 DNA 전위인자이다 334
효모 Ty 전위인자들은 유전체에 있는 안전한 안식처로 전위한다 335
LINEs는 자신의 전위를 촉진하고 세포 내 RNAs를 전위한다 336
V(D)J 재조합 337
V(D)J 재조합 초기 단계는 전위인자 절제와 유사한 기작으로 일어난다 339
요약 342
Bibliography 342

3부 유전체의 발현 343

12장 전사 기작 347
RNA 중합효소와 전사 주기 348
RNA 중합효소들은 공통적인 특징이 많다 348
RNA 중합효소에 의한 전사는 단계적으로 진행된다 350
전사 개시는 세 단계로 이루어진다 352
세균에서의 전사과정 353
세균의 프로모터는 강도와 염기서열은 다양하지만 공통된 특징을 가진다 353
σ 인자가 중합효소의 프로모터 결합을 매개한다 354
글상자 12-1 공통서열 355
열린 복합체로의 전환에는 RNA 중합효소와 프로모터 DNA의 구조 변화가 따른다 356
RNA 중합효소는 프라이머 없이 전사를 개시한다 358
RNA 중합효소는 신장단계 전에 몇 개의 짧은 RNA들을 합성한다 358
신장단계의 중합효소는 진행성이 크며, RNA를 합성하고 교정한다 359
글상자 12-2 단일 소단위체의 RNA 중합효소 360
전사는 RNA 서열 내의 신호에 의해 종결된다 361
진핵생물의 전사 363
RNA 중합효소 II의 핵심 프로모터는 4개의 상이적인 서열의 조합으로 구성된다 363
RNA 중합효소 II는 보편 전사인자들과 함께 프로모터에서 개시전 복합체를 만든다 364
TBP는 작은홈에 끼워 들어간 β sheet을 통해 DNA에 결합하고 구조를 변화시킨다 366
다른 보편 전사인자들도 개시에서 특정 역할을 수행한다 367
생체 내의 전사 개시에는 매개복합체와 같은 부수적 단백질들이 필요하다 368
매개복합체는 많은 소단위체로 구성되어 있으며, 일부 소단위체는 효모에서 사람에 이르기까지 보존되어 있다 369
Pol II 신장과 RNA 교정을 촉진하는 인자들 370
진행 중인 중합효소는 여러 형태의 RNA 가공 과정에 필요한 단백질 인자들과 결합되어 있다 371
RNA 중합효소 I와 III은 다른 프로모터를 인지하며 서로 다른 전사인자들을 사용하지만 여전히 TBP가 필요하다 374
요약 376
Bibliography 377

13장 RNA 이어맞추기 379

RNA 이어맞추기의 화학적 특성 380
RNA 내부 서열이 이어맞추기가 일어날 위치를 결정한다 380
엑손이 연결될 때 그 사이의 인트론은 올가미 형태로 제거된다 381
다른 RNA 분자의 엑손들이 트랜스-이어맞추기에 의해 연결될 수 있다 383
스플라이소솜 기구 383
RNA 이어맞추기는 큰 스플라이소솜 복합체에 의해 이루어진다 383
이어맞추기 과정 385
이어맞추기 과정: 스플라이소솜 내에서의 조립, 재배열 및 촉매 작용 385
자가 이어맞추기 인트론에 의해 RNA가 RNA 이어맞추기를 촉매할 수 있다는 것이 밝혀졌다 387
I 군 인트론은 올가미 모양이 아닌 선형의 인트론을 방출한다 388
글상자 13-1 I 군 인트론의 리보자임으로의 전환 389
스플라이소솜이 어떻게 이어맞추기 자리를 정확하게 찾을까? 390
대체 이어맞추기 394
하나의 유전자가 대체 이어맞추기를 통해 여러가지 산물을 만들 수 있다 394
대체 이어맞추기는 활성인자와 억제인자에 의해 조절된다 396
글상자 13-2 아데노바이러스와 이어맞추기의 발견 398
일부 인트론들은 다른 snRNP 세트로 구성된 다른 스플라이소솜에 의해 이어맞추기 된다 400
엑손 뒤섞기 400
엑손이 재조합으로 뒤섞여 새 단백질을 암호화하는 유전자가 만들어진다 400
RNA 편집 404
RNA 편집은 mRNA의 서열을 바꾸는 또 다른 방법이다 404
mRNA 수송 406
가공된 mRNA는 포장되어 번역을 위해 핵에서 세포질로 배출된다 406
요약 408
Bibliography 40

14장 번역 411

전령RNA 412
폴리펩티드 사슬은 열린 읽기틀에 의하여 지정된다 412
원핵생물 mRNA는 번역기구를 끌어안는 리보솜 결합자리를 가지고 있다 413
진핵생물의 mRNA는 효율적인 번역을 위하여 5、말단과 3、말단이 변형된다 414
운반RNA 415
tRNA는 코돈과 아미노산을 연결시켜주는 어댑터이다 415
tRNA는 클로버 잎을 닮은 공통적인 2차구조를 가진다 416
tRNA의 3차원 구조는 L자 모양이다 417
tRNA에 아미노산의 부착 417
tRNA는 3、말단의 아데노신 뉴클레오티드에 고 에너지 아실결합에 의한 아미노산의 결합으로 충전된다 417
아미노아실 tRNA합성효소는 두 단계를 거쳐 tRNA를 충전시킨다 418
각각의 아미노아실 tRNA 합성효소는 하나의 아미노산을 하나 혹은 그 이상의 tRNA에 부착시킬 수 있다 419
tRNA 합성효소는 고유한 자신의 tRNA에 대하여 독특한 구조적 특징을 인식한다 420
아미노아실-tRNA의 형성은 매우 정교하게 이루어진다 421
어떤 아미노아실-tRNA 합성효소는 tRNA 충전시에 높은 정확도를 위해서 교정포켓을 사용한다 422
리보솜은 바르게 충전된 tRNA와 틀리게 충전된 tRNA를 구분해내지 못한다 422
글상자 14-1 셀레노시스테인 423
리보솜 423
리보솜은 큰 소단위와 작은 소단위으로 구성된다 425
큰 소단위와 작은 소단위는 번역의 각 회로에서 결합과 해리를 반복한다 425
새로운 아미노산은 성장하는 폴리펩티드의 C-말단에 부가된다 427
펩티드 결합은 성장 중인 폴리펩티드 사슬이 하나의 tRNA에서부터 다른 tRNA로 전달되면서 일어난다 428
리보솜 RNA는 리보솜의 구조와 촉매에 있어서의 결정인자이다 428
리보솜은 세 곳의 tRNA 결합 자리를 가지고 있다 429
리보솜에는 채널이 있어서 이곳을 통하여 mRNA와 성장 폴리펩티드가 들어가고 나온다 430

번역의 개시 432
원핵생물의 mRNA는 먼저 리보솜의 작은 소단위에 있는 rRNA와 염기쌍을 형성한다 433
변형된 메티오닌으로 충전된 특이한 tRNA가 원핵생물의 작은 소단위에 직접 결합한다 433
세 개의 개시인자가 mRNA와 개시 tRNA를 포함하는 개시복합체의 조립을 지휘한다 433
진핵생물의 리보솜은 mRNA의 5、캡에 결합한다 435
mRNA의 5、말단의 하류를 스캔함으로서 개시코돈을 찾는다 437
번역개시인자들이 진핵생물의 mRNA를 둥근 고리모양으로 유지시켜준다 438
글상자 14-2 uORF와 IRES: 예외적인 규칙 439
번역의 신장 440
신장인자 EF-Tu가 아미노아실-tRNA를 A 자리로 전달한다 441
리보솜은 틀린 아미노아실-tRNA를 걸러내기 위하여 여러 가지 기작을 사용한다 441
리보솜은 리보자임이다 412
펩티드 결합의 형성과 신장인자 EF-G는 tRNA와 mRNA의 전좌를 촉발한다 444
EF-G는 A 자리에 결합한 tRNA를 이동시켜서 전좌를 촉발한다 445
EF-Tu-GDP와 EF-G-GDP는 새로운 신장회로에 들어가기 전에 GDP를 GTP로 교환해야 한다 446
펩티드 결합이 한 번 일어날 때 마다 두 분자의 GTP와 한 분자의ATP를 소비한다 446
글상자 14-3 GTP 결합단백질, 입체구조 변환 및 번역사건에서의 충실도 및 순서 447
번역의 종결 448
종결코돈에 응답하여 방출인자가 번역을 종결한다 448
I형 방출인자의 짧은 자리가 종결코돈을 인식하고 펩티드 사슬의 방출을 촉발한다 449
GDP/GTP 교환과 GTP 가수분해가 II형 방출인자의 기능을 조절한다 450
리보솜 재사용인자는 tRNA를 모방한다 450
번역은 mRNA와 단백질의 안정성을 조절한다 452
SsrA RNA는 손상된 mRNA를 번역하고 있는 리보솜을 구출한다 452
글상자 14-4 GTP 항생제는 번역의 특정 단계를 차단함으로서 세포분열을 멈추게 한다 453
진핵세포는 불완전한 mRNA나 미성숙 종결코돈을 가진 mRNA를 분해 해 버린다 456
요약 458
Bibliography 459

15장 유전암호 461

암호는 퇴화되어 있다 461
암호의 구성에서 파악된 규칙 462
역코돈에서의 동요 463
3개의 코돈이 사슬 종결을 지시한다 463
어떻게 암호가 해독되었나 464
합성한 mRNA에 의한 아미노산 중합의 촉진 465
Poly-U는 폴리페닐알라닌으로 번역된다 466
혼합 혼성중합체로 추가적인 코돈을 지정할 수 있었다 467
정확한 3뉴클레오티드 코돈에 결합하는 전달 RNA 468
반복형 혼성중합체로부터의 코돈 지정 468
유전암호를 지배하는 3가지 법칙 469
유전암호를 변경하는 세 종류의 점 돌연변이 470
암호가 세 개의 단위로 읽혀진다는 유전적 증거 471
억제자 돌연변이는 동일 유전자 혹은 다른 유전자 내에 존재할 수 있다 471
유전자간 억제는 돌연변이 tRNA를 포함한다 472
정지 억제자들은 정상적인 종결신호도 해독한다 474
유전암호 정확성의 증명 474
유전암호는 거의 보편적이다 475
요약 477
Bibliography 477

4부 조절 479

16장 원핵생물의 유전자 조절 483

전사조절의 원리 483
유전자 발현은 조절 단백질들에 의해 조절된다 483
많은 프로모터들은 RNA 중합효소의 DNA 결합을 돕는 활성인자와 결합을 막는 억제자에 의해 조절된다 484
일부 활성인자들은 다른자리입체성으로 작용하며 RNA 중합효소 결합 후의 단계들을 조절한다 485
떨어진 거리에서의 작용과 DNA 고리화 486
협동적 결합과 다른자리입체성은 유전자 조절에서 여러 역할을 한다 487
항종결과 그 밖의 조절: 모든 유전자 조절이 전사개시에서만 일어나는 것은 아니다 487
전사개시의 조절: 세균의 예 488
활성인자와 억제자는 함께 lac 유전자들을 조절한다 488
CAP과 Lac 억제자는 RNA 중합효소가 lac 프로모터에 결합하는데 반대 효과를 나타낸다 489
글상자 16-1 DNA-결합자리의 탐지 490
CAP은 따로 분리된 활성화 표면과 DNA-결합 표면을 가지고 있다 492
CAP과 Lac 억제자는 공통된 구조적 모티프를 사용하여 DNA에 결합한다 493
글상자 16-2 활성인자 우회 실험 493
Lac 억제자와 CAP의 활성은 신호에 의한 다른자리입체성 조절을 받는다 496
글상자 16-3 자콥, 모노와 유전자 조절 뒤에 숨겨진 개념들 497
조합 조절: CAP은 다른 유전자들도 조절한다 499
다른 대체 σ 인자들이 RNA 중합효소를 다른 종류의 프로모터 세트로 안내한다 499
NtrC와 MerR: 유인에 의해서가 아니라 다른자리입체성에 의해 작용하는 전사 활성인자들 500
NtrC는 ATPase 활성을 가지고 있으며 유전자로부터 멀리 떨어진 DNA 부위로부터 작용한다 500
MerR은 프로모터 DNA를 비틀어 전사를 활성화한다 501
일부 억제자들은 RNA 중합효소의 결합을 방해하는 것이 아니라 중합효소를 프로모터에 계속 붙잡아 둔다 502
AraC와 항활성화에 의한 araBAD 오페론의 조절 503
전사개시 이후 단계에서 유전자 조절의 예 504
아미노산 생합성 오페론들은 조숙한 전사종결에 의해 조절된다 504
리보솜 단백질들은 자신들의 합성에 번역 억제자로 작용한다 506
글상자 16-4 리보스위치 509
파지λ 의 사례: 조절의 층 512
선택적인 유전자 발현 양상이 용균성 및 용원성 성장을 조절한다 513
조절 단백질과 그들의 결합자리 514
λ 억제자는 작동자 부위에 협동적으로 결합한다 515
글상자 16-5 농도, 친화력 및 협동적 결합 516
억제자와 Cro는 용균성과 용원성 성장을 조절하기 위해 다른 양상으로 결합한다 517
용원성 유도는 λ 억제자의 단백질분해 절단을 필요로 한다 518
억제자의 음성 자가조절은 먼 거리 사이의 상호작용과 큰 DNA 고리를 필요로 한다 519
또 다른 활성인자인 λ cII가 새로운 숙주에 감염 시 용균성 성장을 할지 아니면 용원성 성장을 할지의 결정을 조절한다 520
글상자 16-6 용균성/용원성 선택에 관련된 유전자를 찾아내는 유전적 접근방법들 521
대장균의 성장조건이 CII 단백질의 안정성, 그러므로 용균성/용원성 선택을 조절한다 522
λ 발생에서의 전사 항종결 523
역조절: RNA 합성 및 안정성 조절의 상호 작용이 int 유전자 발현을 결정한다 524
요약 525
Bibliography 526

17장 진핵세포의 유전자 조절 529

효모에서 포유류까지 보존된 전사 조절 기작 531
활성인자의 DNA 결합 능력과 활성화 능력은 분리되어 있다 531
글상자 17-1 투 하이브리드 분석법 533
진핵세포의 조절인자는 다양한 DNA 결합도메인을 사용하지만, DNA 인식은 세균에서와 같은 원리를 사용한다 534
활성화 부위의 구조는 아직 잘 밝혀지지 않았다 536
진핵세포 활성인자에 의한 유전자로의 단백질 복합체의 유인 537
활성인자는 전사기구를 유전자로 유인한다 537
글상자 17-2 염색질 면역 침강법 539
활성인자는 전사기구가 프로모터에 결합하는 것을 도와주는 뉴클레오솜 조절자도 유인한다 540
원거리에서의 작용 : 고리화와 차단자 540
적절한 조절을 위해 좌위 조절부위를 필요로하는 유전자들이 있다 543
신호통합과 조합에 의한 조절 544
활성인자들은 신호통합을 위해 함께 작용하며 상승효과를 일으킨다 544
신호통합: HO 유전자는 뉴클레오솜 변형인자와 매개체를 각각 유인하는 두 가지 조절자에 의해 조절된다 546
신호통합: 인간의 β -인터페론 유전자에서 활성인자의 협동적 결합 546
조합적 조절은 진핵생물의 복잡성과 다양성의 중심에 있다 547
출아효모 교배형 유전자의 조합적 조절 548
전사 억제인자 549
신호전달과 전사 조절인자의 조절 551
신호는 흔히 신호전달 경로를 통해 전사조절인자에 전달된다 551
신호는 진핵세포의 전사조절인자 활성을 다양한 방법으로 조절한다 552
활성인자와 억제인자는 때론 여러 조각으로부터 형성된다 555
히스톤과 DNA의 구조변화에 의한 유전자 "침묵화" 556
효모에서의 침묵화는 히스톤의 탈아세틸화와 메틸화에 의해 일어난다 556
히스톤의 변형과 히스톤 암호 가설 558
포유류 세포에서의 DNA의 메틸화는 유전자 침묵화에 관여한다 558
어떤 유형의 유전자 발현은 그 신호가 더 이상 존재하지 않더라도 세포분열을 통해 전달된다 560
글상자 17-3 λ 용원균과 후생적 스위치 562
전사개시 이후 단계에서의 진핵세포 유전자 조절 562
어떤 활성인자는 전사개시 대신 전사의 신장을 조절한다 562
선택적 mRNA 이어맞추기의 조절로 세포에 따라 서로 다른 단백질을 만들 수 있다 563
효모의 전사 활성인자 Gcn4의 발현은 번역단계에서 조절된다 565
RNA에 의한 유전자 조절 567
이중가닥 RNA가 그 RNA와 상동성이 있는 유전자의 발현을 억제한다 568
짧은 방해 RNA(si RNA)는 dsRNA로부터 만들어지며 여러 방식으로 유전자의 발현을 억제하는 장치를 조절한다 568
마이크로 RNAs는 발생 과정 중에 일부 유전자의 발현을 조절한다 570
요약 571
Bibliography 572

18장 발생과정의 유전자 조절 575
발생과정에서 세포가 특정한 유전자 세트를 발현하도록 유도하는 세 가지 전략 576
어떤 mRNA는 세포골격이 가지고 있는 고유극성에 의하여 난자와 배아의 내부에 자리잡게 된다 576
세포와 세포의 접촉과 분비된 세포 신호전달분자에 의하여 인접세포의 유전자 발현에 변화가 일어난다 576
글상자 18-1 미세배열 분석법: 이론과 실제 577
분비된 신호전달분자의 농도 경사는 세포들이 그들의 위치에 따라 서로 다른 분화과정을 거치도록 유도한다 578
서로 다른 유전자 발현 양상을 확립하는 세 가지 전략의 예 580
억제자 Ash1의 국지적인 분포가 HO 유전자를 침묵화하여 효모의 교배형을 조절한다 580
글상자 18-2 세포골격의 개관: 비대칭성과 성장 582
멍게 배아에서 mRNA의 국지적 분포가 근육의 분화를 일으킨다 584
포자형성 세균, B. subtilis에서는 세포 대 세포의 접촉으로 서로 다른 유전자 발현이 유도된다 584
글상자 18-3 Ciona의 발생 585
곤충의 CNS에서 피부-신경의 조절스위치는 Notch 신호전달에 의해 조절된다 587
형태형성물질 Sonic Hedgehog의 기울기에 의해 척추동물의 신경관내에서 다양한 뉴런 형성이 조절된다 588
초파리 배아발생의 분자생물학적 590
초파리 배아발생의 개관 590
초파리 배아의 등-배 형태형성은 형태형성물질의 기울기에 의해 조절된다 590
글상자 18-4 초파리 발생의 개관 592
글상자 18-5 발생에서 활성인자의 상승작용의 역할 597
분절은 미수정란의 전극과 후극에 국지적으로 분포하는 RNA에 의해 시작된다 599
Bicoid 기울기는 농도-의존적 방법으로 분절 유전자의 발현을 조절한다 601
Hunchback 발현도 역시 전사단계에서 조절된다 602
Hunchback 억제자의 기울기가 Gap 유전자의 서로 다른 발현 경계를 결정한다 603
Hunchback과 Gap 단백질은 분절된 유전자 발현 띠를 만들어낸다 604
글상자 18-6 복잡한 증폭자를 동정하기 위한 생물정보학적인 방법 605
억제자 Gap의 기울기에 의해 여러 개의 유전자 발현 띠가 만들어진다 607
단거리에서 작용하는 전사 억제자들에 의해 복잡한 eve 조절부위 내의 여러 증폭자가 서로 독립적으로 작용할 수 있다 608
요약 609
Bibliography 610

19장 비교 유전체학과 동물 다양성의 진화 613
대부분의 동물은 기본적으로 동일한 유전자를 가지고 있다 614
유전자 중복이 어떻게 생물의 다양성을 일으키는가? 616
글상자 19-1 유전자 중복과 조절 진화의 중요성 616
글상자 19-2 글로빈 유전자의 중복에 의해 유전자의 발현양상이 새로워지고 단백질도 다양해진다 618
글상자 19-3 척추동물의 진화에 있어서 β -글로빈 유전자의 중복현상 618
유전자 발현 방식은 진화가 일어나는 동안 세 가지 방향으로 변화한다 619
동물의 형태를 바꾸는 실험조작 620
Pax6 발현에 변화가 일어나면 이소성의 눈이 발생된다 621
Antp 발현의 변화는 촉각을 다리로 변형시킨다 622
단백질 기능의 중요성: ftz와 Antp의 상호전환 622
증폭자 서열에서의 미세한 변화가 새로운 형태의 유전자 발현을 일으킬 수 있다 623
Ubx의 발현이 잘못 일어나면 초파리의 형태가 바뀐다 624
초파리 배아의 형태를 변형시키는 Ubx 기능의 변화 626
Ubx 표적 증폭자의 변화는 유전자의 발현 양상을 변화시킬 수 있다 627
글상자 19-4 초파리의 호메오 유전자는 특별 염색체 집단에 배열되어 있다 627
갑각류와 곤충의 형태적인 변화 630
절지동물은 매우 다양하다 630
갑각류에서 볼 수 있는 다리의 변형을 Ubx 발현의 변화로 설명할 수 있다 630
왜 곤충의 복부에는 다리가 없을까 631
비행용 부속지의 변형은 조절 DNA 서열의 진화로부터 발생하였을지도 모른다 632
글상자 19-5 혁신적 진화를 위한 유전자 연결망에서의 새로운 선택 633
유전체의 진화와 인간의 기원 635
인간의 유전자 수는 놀라울 정도로 적다 635
인간의 유전체는 생쥐의 유전체와 아주 유사하며 침팬지와는 거의 동일하다 636
인간 언어의 진화적 기원 637
FOXP2가 어떻게 인간의 언어를 발달시키게 되었을까 637
비교 유전체학 분석의 미래 638
요약 639
Bibliography 640

5부 분자생물학 연구기법 및 모델 생물체 643

20장 분자생물학의 연구기법 647
서론 647
핵산 648
겔 전기영동을 통해서 DNA와 RNA를 크기에 따라 분리할 수 있다 648
제한효소는 DNA의 특정 부위를 자른다 649
DNA 혼성화로 특정 DNA 분자를 찾아낼 수 있다 651
혼성화 탐침을 이용하여 전기영동으로 분리한 DNA와 RNA를 동정할 수 있다 652
특정 DNA 조각의 분리 653
DNA 클로닝 654
플라스미드 벡터에 DNA 클로닝하기 654
형질전환으로 벡터 DNA를 숙주 생물체에 도입시킬 수 있다 655
클로닝으로 DNA 라이브러리를 만들수 있다 656
혼성화로 DNA 라이브러리로부터 특정 클론을 찾아낼 수 있다 657
화학적으로 합성한 올리고뉴클레오티드 657
중합효소 연쇄반응은 시험관 내에서의 반복적인 DNA 복제로 DNA를 증폭시킨다 658
중첩된 DNA 조각 세트로 뉴클레오티드 서열을 밝힌다 660
글상자 20-1 과학수사와 중합효소연쇄반응 661
세균 유전체의 산탄 염기서열 분석법 663
산탄 전략으로 커다란 유전체 서열의 일부분을 조립할 수 있다 664
글상자 20-2 자동 염기서열 분석기는 고속처리 서열분석에 사용된다 665
말단의 짝-형성 전략으로 커다란 유전체 뼈대를 조립할 수 있다 666
유전체 전체를 대상으로 한 분석들 667
유전체의 비교 분석 669
단백질 672
특정 단백질을 세포추출물로부터 순수 분리할 수 있다 672
단백질의 순수 분리에는 특수한 분석법이 필요하다 673
활성 단백질을 갖고 있는 세포추출물의 준비 673
단백질은 칼럼 크로마토그래피를 사용하여 분리할 수 있다 673
친화성 크로마토그래피를 이용하면 보다 신속히 단백질을 정제할 수 있다 674
폴리아크릴아미드 겔에서의 단백질 분리 675
항체를 이용하여 전기영동에 의해 분리된 단백질을 볼 수 있다 676
단백질의 아미노산 서열을 직접 분석할 수 있다 676
단백질체학 677
Bibliography 679

21장 모델 생물체 681
박테리오파지 682
파지의 생장 분석 684
일단계 생장곡선 685
파지 교차 및 상보성 검사 685
형질도입 및 재조합 DNA 686
세균 687
세균의 생장 분석 687
세균는 유성접합, 파지 매개 형질도입, DNA 형질전환 방법으로 DNA를 교환한다 688
세균 플라스미드는 클로닝 벡터로 이용될 수 있다 689
전위인자는 삽입 돌연변이와 유전자-오페론 융합에 이용될 수 있다 689
세균의 분자유전학 연구는 재조합 DNA 기술, 유전체 염기서열 분석 및 전사 프로파일링에 의해서 증진되었다 690
잘 발달된 전통 유전학 및 분자유전학연구 방법이 사용 가능한 단순한 세포에서는 생화학적 분석이 특히 효과적이다 691
세균에서는 세포학적 연구가 가능하다 691
파지와 세균은 유전자에 관한 기본적인 사실들을 가장 잘 알려준다 692
출아효모 693
반수체 세포와 배수체 세포의 존재가 출아효모의 유전적 분석을 쉽게 해 준다 693
효모에서는 정확한 돌연변이를 제조하기가 쉽다 694
출아효모는 작고 잘 분석된 유전체를 가지고 있다 694
출아효모는 생장하면서 형태가 변화한다 695
예쁜꼬마선충 696
예쁜꼬마선충은 생활주기가 빠르다 696
예쁜꼬마선충은 비교적 작은 수의 잘 알려진 세포 계통으로 구성되어 있다 697
세포죽음 경로가 예쁜꼬마선충에서 발견되었다 698
RNAi가 예쁜꼬마선충에서 발견되었다 698
노랑초파리 699
노랑초파리는 빠른 생활주기를 가진다 699
최초의 유전체 지도가 노랑초파리에서 만들어졌다 700
유전 모자이크는 성체 초파리에서 치사 유전자의 분석을 가능하게 해 준다 702
효모의 FLP 재조합효소를 이용하여 효과적으로 유전모자이크를 만들 수 있다 703
외부 DNA를 가지는 유전자 이식초파리는 쉽게 만들 수 있다 703
생쥐 705
생쥐의 배아 발생은 줄기세포에 의존한다 706
생쥐 배아에 외부 DNA를 도입하는 것은 쉬운 일이다 707
상동재조합은 각 유전자의 선택적 제거를 가능하게 해 준다 707
생쥐는 후생적 유전현상을 나타낸다 709
Bibliography 711