제1 장 세포를 넘어서: 분자생물학의 영역 1 1.1 서 론 1 1.2 생물학에서 현미경의 역동적 역할 2 광학현미경이 생물학의 첫 번째 혁명을 일으키다 2 생화학이 생명의 구조와 기능에서 고분자들의 중요성을 발견하게 해주었다 5 전자현미경은 다른 차원의 해상도를 제공해주었다 6 1.3 현미경을 통해 세포와 바이러스의 미세 구조가 밝혀졌다 7 1.4 초고해상도: 분자 수준의 생물학 8 형광 기술이 초고해상도를 가능하게 해주었다 8 공초점형광현미경은 세포내 특정 물질이 방출하는 형광을 관찰할 수 있게 한다 8 FIONA는 형광을 이용하여 최상의 해상도를 구현할 수 있다 10 FRET는 분자 수준의 거리를 측정할 수 있다 10 단일분자초저온전자현미경은 강력한 신기술이다 10 원자현미경은 분자의 구조를 느낀다 11 X-선 회절과 NMR은 원자 수준의 해상도를 제공한다 11 1.5 분자유전학: 분자생물학의 다른 모습 12 제 2 장 고전유전학에서 분자생물학까지 15 2.1 서 론 15 2.2 고전유전학과 형질 유전의 원리 15 멘델, 유전학의 법칙을 발달시키다 16 멘델 법칙의 확장과 예외 20 유전자는 염색체에 나란히 배열되어 있으며 그 위치를 알 수 있다 22 유전자의 본질과 어떻게 유전자가 표현형을 결정하는지는 오랜 기간 수수께끼였다 23 2.3 분자유전학으로의 중요한 돌파구 25 박테리아와 박테리오파지의 유전적 행동과 그를 통한 모델 시스템 25 형질전환과 형질도입은 유전정보의 전달을 가능하게 한다 25 DNA 구조의 왓슨-크릭 모델이 분자유전학의 마지막 열쇠를 제공하였다 26 2.4 모델 생물 27 제 3 장 단백질 31 3.1 서 론 31 단백질은 엄청나게 다양한 크기와 구조, 그리고 기능을 갖는 고분자이다 31 단백질은 모든 생명체의 구조와 기능에 절대적으로 필요하다 31 3.2 단백질의 구조 33 아미노산이 단백질의 기본 구조단위이다 33 단백질에서 아미노산은 공유결합을 통해 폴리펩타이드를 형성한다 33 3.3 폴리펩타이드 사슬 구조의 단계들 35 1차 구조는 단백질의 고유한 아미노산 서열순서이다 35 단백질의 2차 구조는 규칙적으로 접혀 수소 결합에 의해 안정화되는 지역을 포함한다 39 각 단백질은 독특한 3차 구조를 갖는다 42 단백질의 3차 구조는 대부분 구별 가능한 접힌 영역들로 구성되어 있다 44 알고리즘을 통해 서열을 알고 있는 단백질의 영역을 찾아내고 분류한다 45 몇몇 영역이나 단백질은 본질적으로 무질서한 구조이다 48 4차 구조는 단백질 간의 결합에 의한 결합체 생성이 포함된다 50 3.4 단백질은 어떻게 접힐까? 53 접힘은 문제가 될 수 있다 53 샤페론은 단백질이 접히도록 돕는다 54 3.5 단백질은 어떻게 파괴될까? 57 프로티아솜이 일반적으로 단백질 분해과정을 담당한다 58 3.6 단백질체와 단백질 상호연결망 60 새로운 기술을 통해 한 생물의 단백질들과 그들의 상호작용을 밝힐 수 있게 되었다 60 제 4 장 핵 산 65 4.1 서 론 65 단백질 서열은 핵산에 의해 결정된다 65 4.2 핵산의 화학적 구조 65 DNA와 RNA는 비슷하지만 다른 화학적 구조를 가진다 65 핵산(폴리뉴클레오타이드)은 뉴클레오타이드의 중합체이다 68 4.3 DNA의 물리적 구조 69 B-형 DNA 구조의 발견은 분자생물학에 돌파구가 되었다 69 다양한 DNA 구조가 존재한다 73 이중나선은 상당히 단단하지만 결합한 단백질에 의해 구부러질 수 있다 75 DNA는 접혀진 3차 구조를 형성할 수 있다 75 닫힌 DNA 원은 초나선으로 틀어질 수 있다 76 4.4 RNA의 물리적 구조 79 RNA는 여러 복잡한 구조를 가질 수 있지만 B-형 나선은 가질 수 없다 79 4.5 유전정보의 한 방향 흐름 83 4.6 핵산 연구에 사용되는 방법 84 제 5 장 재조합 DNA: 원리와 응용 93 5.1 서 론 93 DNA 클로닝은 여러 기본 단계를 통해 이루어진다 94 5.2 재조합 DNA 분자의 제작 95 제한효소와 연결효소는 클로닝을 위한 필수적인 도구이다 95 5.3 클로닝 벡터 100 재조합 DNA를 제작하는 데 선별표지자를 암호화하는 유전자가 벡터에 삽입된다 100 박테리아 플라스미드는 최초의 클로닝 벡터이다 102 재조합 박테리오파지는 박테리아 벡터로 사용될 수 있다 103 코스미드와 파지미드는 클로닝 벡터의 범위를 확장한다 105 5.4 벡터로서의 인공 염색체 106 박테리아 인공 염색체는 박테리아에서 매우 큰 DNA 조각을 클로닝하기 위해 필요하다 106 진핵세포의 인공 염색체는 진핵세포에서 매우 큰 DNA 단편을 적절히 유지하고 발현하게 한다 107 5.5 재조합 유전자의 발현 108 발현 벡터는 클로닝된 유전자의 효율적인 발현과 조절을 가능하게 한다 108 셔틀 벡터는 둘 이상의 생물 종에서 복제할 수 있다 109 5.6 숙주세포에 재조합 DNA의 도입 109 재조합 DNA 분자를 살아 있는 세포에 도입하기 위해 다양한 숙주-특이적 기술이 이용된다 109 5.7 중합효소연쇄반응과 위치지정 돌연변이 110 5.8 전체 유전체의 염기서열 결정 112 유전체 라이브러리는 재조합 DNA 분자 집합체로서 유기체의 전체 유전체를 포함한다 112 대형 유전체의 염기서열을 결정하는 두 가지 접근법 113 5.9 진핵생물의 유전자 조작 115 형질전환 생쥐를 만드려면 수많은 단계가 필요하다 115 특정 유전자를 비활성화, 교체 또는 변형시키려면 벡터가 특정 부위에서 상동재조합을 해야 한다 116 5.10 재조합 DNA 기술의 실용화 117 수백 가지의 제약 화합물이 재조합 박테리아에서 생산되었다 117 식물 유전공학은 거대하지만 논쟁의 여지가 있는 산업이다 118 유전자 치료법은 질환을 일으키는 결함 유전자나 유전자 기능을 교정하기 위한 복잡한 다단계 과정이다 122 특정 조직 내에서 충분한 세포에 유전자를 전달하고 장기적인 발현을 보장하는 것은 도전적인 과제이다 123 핵 이식으로 동물 전체가 복제될 수 있다 124 제 6 장 단백질-핵산 상호작용 127 6.1 서 론 127 6.2 DNA-단백질 상호작용 128 DNA-단백질 결합은 많은 방식과 메커니즘에 의해 형성된다 128 부위 특이적 결합은 가장 널리 사용되는 방식이다 129 대부분의 인식 부위는 몇 가지 종류로 나눌 수 있다 131 가장 특이적인 결합은 단백질을 DNA 홈에 삽입하는 것이다 132 일부 단백질은 DNA 고리 형성을 유발한다 133 DNA 결합 영역에는 몇 가지 주요 단백질 모티프가 있다 134 나선-회전-나선 모티프는 큰 홈과 상호작용한다 134 아연집게 또한 큰 홈에 상호작용한다 134 류신 지퍼는 특히 이량체 부위에 적합하다 135 6.3 RNA-단백질의 상호작용 136 6.4 단백질-핵산 상호작용 연구 139 제 7 장 유전암호, 유전자 및 유전체 145 7.1 서 론 145 7.2 유전정보의 핵산 저장소로의 유전자 145 유전자 특성에 대한 우리의 이해는 꾸준히 진화하고 있다 145 중심원리는 정보가 DNA에서 단백질로 흐른다는 것을 설명한다 147 어댑터를 찾으려면 세포 RNA들을 분리해야 한다 147 전령 RNA, tRNA 및 리보솜은 세포내에 단백질 공장을 구성한다 148 7.3 유전암호에서 단백질 서열을 DNA 서열과 연관 짓기 149 첫 번째 작업은 암호의 특성을 정의하는 것이었다 149 7.4 진핵세포로부터의 놀라움: 인트론 및 스플라이싱 152 진핵생물 유전자는 일반적으로 산재된 비암호화 서열을 포함한다 152 7.5 새롭고 광범위한 관점의 유전자 153 단백질-암호 유전자는 복잡하다 153 유전체 서열분석은 유전자 개념에 혁명을 일으켰다 154 돌연변이, 위유전자 및 대체 스플라이싱 모두 유전자 다양성에 기여한다 155 7.6 전체 유전체와 진화론에 대한 새로운 관점의 비교 157 유전체 서열분석은 유전체의 수수께끼 같은 특징을 드러낸다 157 진핵생물에서 DNA 염기서열 유형과 기능은 어떻게 분포하나? 158 제 8 장 유전물질의 물리적 구조 163 8.1 서 론 163 8.2 바이러스 및 박테리아의 염색체 164 바이러스는 최소 유전체의 포장물이다 164 박테리아 염색체는 조직화된 세포질 구조이다 166 DNA 구부림 단백질과 DNA 연결 단백질은 박테리아 DNA의 포장을 돕는다 166 8.3 진핵생물 염색질 168 진핵생물 염색질은 고도로 응축된 DNA-단백질 복합체이며 핵과 분리되어 있다 168 뉴클레오솜은 진핵생물 염색질의 기본적인 반복 단위이다 168 히스톤의 비대립 변이체와 합성후 변형은 뉴클레오솜의 이형 집단을 만든다 171 뉴클레오솜 무리는 역동적이다 176 생체 내에서의 뉴클레오솜 조립은 히스톤 샤페론을 사용한다 177 8.4 고차원의 염색질 구조 178 뉴클레오솜은 DNA와 함께 염색질 섬유를 형성한다 178 염색질 섬유는 접혀 있지만 그 구조는 논란의 여지가 남아 있다 180 간기 핵에서 염색체의 조직은 여전히 불분명하다 181 8.5 유사분열 염색체 182 염색체는 유사분열 동안 응축되고 분리된다 182 유사분열 염색체를 형성하고 유지하려면 많은 단백질이 필요하다 183 동원체와 텔로미어는 특별한 기능을 하는 염색체 부위이다 184 유사분열 염색체 구조의 여러 모델이 존재한다 188 제 9 장 박테리아에서의 전사 193 9.1 서 론 193 9.2 전사의 개요 193 모든 생명체의 전사에는 공통적인 면이 있다 193 전사는 많은 단백질들의 참여를 필요로 한다 194 전사는 빠르게 그러나 종종 잠깐의 전사 멈춤에 의해 방해를 받는다 198 전사는 전자현미경을 통해 육안으로 관찰이 가능하다 201 9.3 RNA 중합효소와 전사 촉매작용 201 RNA 중합효소는 폴리뉴클레오타이드 주형의 RNA 전사물을 생산하는 큰 무리를 이루는 효소이다 201 9.4 박테리아 세포에서의 전사 메커니즘 204 개시는 완전효소라 불리는 여러 소단위로 이뤄진 중합효소 복합체를 필요로 한다 204 박테리아 전사의 개시 단계는 종종 완성되지 못한다 207 박테리아에서 신장 단계는 위상적인 문제를 극복해야만 한다 208 박테리아에는 전사 종결을 위한 두 가지 메커니즘이 있다 210 박테리아에서의 전사를 이해하면 임상실험에 유용하다 212­­ 제 10 장 진핵생물에서의 전사 215 10.1 서 론 215 진핵생물에서의 전사는 복잡하고 고도로 조절되는 과정이다 215 진핵세포는 다중의 RNA 중합효소를 가지고 있고, 각각은 특정 기능을 하는 유전자 부류에 특정하게 작용한다 216 10.2 RNA 중합효소 II에 의한 전사 217 효모 Pol II 구조는 전사 메커니즘의 통찰력을 제공한다 217 Pol II의 구조는 서열에 비해 진화적으로 더 보존되어 있다 219 전사 신장 동안 뉴클레오타이드 첨가는 주기적이다 219 전사 개시는 핵심 프로모터에 조립하는 다중소단위 단백질에 의존한다 221 Pol II를 조절 단백질들에 연결시키려면 단백질 복합체가 추가적으로 필요하다 224 진핵생물 전사의 종결은 RNA 전사물의 폴리아데닐화와 연계되어 일어난다 225 10.3 RNA 중합효소 I에 의한 전사 226 10.4 RNA 중합효소 III에 의한 전사 227 RNA 중합효소 III는 작은 유전자들의 전사를 전문으로 한다 227 10.5 진핵세포에서의 전사: 폭넓게 일어나며 공간적으로 정돈되어 있다 228 대부분의 진핵생물 유전체는 전사된다 228 핵 내에서 일어나는 진핵생물의 전사는 균일하지 않다 231 핵 내에서 활성 유전자와 불활성 유전자는 공간적으로 분리되어 있다 233 10.6 진핵생물의 전사를 연구하는 방법 233 수많은 방법들이 전사 연구에 사용된다 233 제 11 장 박테리아에 전사의 조절 241 11.1 서 론 241 11.2 전사 조절의 일반 모델 242 조절은 프로모터의 세기 또는 대체 시그마 인자의 사용을 통해 일어날 수 있다 242 RNA 중합효소에 리간드 결합을 통한 조절은 긴축 조절이라 부른다 243 11.3 전사의 특수한 조절 244 특정 유전자의 조절은 전사인자와의 cis -trans 상호작용을 통해 일어 난다 244 전사인자는 활성자이고 억제자이며, 이들의 활성은 다양한 방식으로 조절된다 244 다양한 전사인자는 상승적으로 또는 반대적으로 작용하여 전사를 활성화하거나 억제할 수 있다 244 11.4 박테리아의 생리에 중요한 오페론의 전사 조절 246 lac 오페론은 분리할 수 있는 억제자와 활성자에 의해 조절된다 246 trp 오페론의 조절은 억제와 감쇠 모두를 포함한다 251 동일한 단백질이 활성자 또는 억제자로 작용할 수 있다: ara 오페론 253 11.5 박테리아에서 유전자 조절의 다른 방식 255 DNA 초나선화는 전사의 전체적 조절과 국소적 조절 모두에 관여한다 255 DNA 메틸화는 특이적 조절을 제공할 수 있다 256 11.6 박테리아에서 유전자 발현의 조율 256 전사인자의 네트워크는 조화된 유전자 발현의 기초가 된다 257 제 12 장 진핵생물에서 전사의 조절 261 12.1 서 론 261 12.2 전사 개시의 조절: 조절 부위와 전사인자 262 기본 전사와 조절 전사에는 핵심 프로모터와 근거리 프로모터가 필요 하다 262 인핸서, 사일런서, 격리자, 유전자자리 조절 부위는 모두 원거리 조절 요소 이다 263 진핵생물의 전사인자는 상황에 따라 활성자나 억제자가 될 수 있다 264 기본 전사기구의 대체 구성요소가 조절에 사용될 수 있다 267 유전자 조절 부위와 전사기구 구성요소에서의 돌연변이는 사람에서 질병을 유발한다 267 12.3 전사 신장의 조절 267 중합효소는 프로모터 가까이에서 멈출 수도 있다 267 전사 신장 속도는 신장인자에 의해 조절될 수 있다 268 12.4 전사 조절과 염색질 구조 269 전사가 일어나는 동안 뉴클레오솜에는 어떤 일이 일어나는가? 269 12.5 히스톤 변형과 변이체에 의한 전사의 조절 271 히스톤 변형은 전사의 후성유전적 조절을 제공한다 271 유전자 발현은 종종 번역후 히스톤 변형에 의해 조절된다 272 번역후 히스톤 변형 표지의 판독에 특별한 단백질 분자들이 관여한다 273 번역후 히스톤 표지는 전사적으로 활발한 염색질 부위와 활발하지 않은 염색질 부위를 구별한다 275 어떤 세포주에서 어떤 유전자는 번역후 변형에 의해 특이적으로 침묵 된다 275 폴리콤 단백질 복합체는 H3K27 삼중메틸화와 H2AK119 유비퀴틴화를 통해서 유전자를 침묵시킨다 276 효모의 텔로미어 부위에서 이질염색질 형성은 H4K16 탈아세틸화를 통해 유전자를 침묵시킨다 278 대부분의 진핵생물에서 HP1-매개 유전자 억제는 H3K9 메틸화를 포함한다 278 단백질의 폴리-ADP-리보실화가 전사 조절에 관여한다 279 히스톤 변이체인 H2A.Z, H3.3, H2A.Bbd는 활발한 염색질에 존재한다 280 마크로H2A는 불활성 염색질에 많은 히스톤 변이체이다 281 염색질 구조에 의해 발생한 문제는 재구성에 의해 수선이 가능하다 282 내인성 대사산물은 전사의 가변적 조절에 영향을 미친다 285 12.6 DNA 메틸화 285 유전체 DNA에서 DNA 메틸화 패턴은 전사 조절에 참여할 수도 있다 286 암 형성은 CpG 메틸화의 패턴에 변화를 일으킨다 287 배아 발달 과정 중 DNA 메틸화에 변화가 일어난다 288 DNA 메틸화는 복잡한 효소 기구에 의해 지배된다 288 DNA 메틸화 표지를 판독하는 단백질이 있다 289 12.7 전사 조절에 있어서 긴 비암호화 RNA 290 비암호화 RNA는 전사 조절에 놀라운 역할을 한다 290 비암호화 전사물의 크기와 유전체에서의 위치는 매우 다양하다 293 12.8 전사 조절 요소의 활성을 측정하는 방법 293 제 13 장 인간 유전체에서의 전사 조절 297 13.1 서 론 297 신속한 전체 유전체의 염기서열 결정법은 심층적 분석을 가능하게 한다 298 13.2 ENCODE의 기초 개념 298 ENCODE는 대용량 처리 염기서열 결정법과 분석에 필요한 정교한 알고리즘들에 의존한다 298 ENCODE 과제는 인간 유전체에서 전사에 관련된 다양한 자료들을 통합한다 298 13.3 조절 DNA 서열 요소 300 일곱 종류의 DNA 서열 요소가 전사에 관여한다 300 13.4 염색질 구조에 관하여 ENCODE로부터 나온 특별한 발견 301 수백만의 DNase I 민감 부위들이 접근 가능한 염색질 부위를 나타낸다 301 프로모터에서의 DNase I 특징은 비대칭적이고 전형적이다 301 프로모터에서와 전사인자 결합 부위 주변에서의 뉴클레오솜 배치는 고도로 이질적이다 303 조절 요소와 유전자체에 있는 염색질 환경 역시 이질적이고 비대칭적 이다 305 13.5 ENCODE는 유전자 조절에 관한 이해를 가져왔다 305 원거리의 조절 요소는 복잡한 네트워크에서 프로모터에 연결되어 있다 305 전사인자 결합이 조절 부위들의 구조와 작용을 정의한다 307 전사인자들은 거대한 네트워크에서 상호작용한다 309 전사인자 결합 부위들과 전사인자의 구조는 공진화한다 312 DNA 메틸화 유형은 전사와 복잡한 관계를 보인다 312 13.6 ENCODE 개요 313 ENCODE로부터 무엇을 배웠고 향후 방향은 무엇인가? 313 특정한 방법들이 ENCODE 과제연구들에 필수적이다 313 제 14 장 RNA 가공 317 14.1 서 론 317 대부분의 RNA 분자는 전사후 가공을 거친다 317 네 가지 일반적인 가공 유형이 있다 317 진핵생물 RNA는 박테리아 RNA보다 훨씬 많은 가공과정을 겪는다 317 14.2 tRNA와 rRNA의 가공 318 tRNA 가공은 모든 생명체에서 유사하다 318 모든 세 가지 성숙된 rRNA 분자는 하나의 기다란 전구체 RNA로부터 절단 된다 318 14.3 진핵생물 mRNA 가공: 말단 변경 320 진핵생물 mRNA 모자씌우기는 전사와 동시에 진행된다 321 3´-말단에서의 폴리아데닐화는 여러 가지 기능들을 수행한다 322 14.4 진핵생물 mRNA의 가공: 스플라이싱 323 스플라이싱 과정은 복잡하며 놀라운 정확성을 필요로 한다 323 스플라이싱은 스플라이소솜들에 의하여 수행된다 324 스플라이싱은 대체 mRNA를 생산할 수 있다 324 직렬 키메라 현상은 분리된 유전자의 엑손을 연결한다 326 트랜스 스플라이싱은 상보적인 DNA 두 가닥에 위치하는 엑손을 결합한다 330 14.5 스플라이싱 및 대체 스플라이싱의 조절 331 스플라이싱 자리는 강도에서 차이를 보인다 331 엑손-인트론 구조가 스플라이싱 자리의 사용에 영향을 미친다 331 시스-트랜스 상호작용은 스플라이싱을 촉진하거나 억제한다 332 RNA 2차 구조가 대체 스플라이싱을 조절할 수 있다 333 가끔씩 대체 스플라이싱 조절은 보조조절자를 필요로 하지 않는다 333 전사의 속도와 염색질 구조가 스플라이싱의 조절을 돕는다 334 14.6 자가 스플라이싱: 인트론과 라이보자임 336 인트론의 일부가 자가 스플라이싱 RNA에 의하여 절제된다 336 두 유형의 자가스플라이싱 인트론이 있다 336 14.7 개요: RNA 분자의 역사 337 1차 전사물로부터 기능성 RNA로 되는 절차는 많은 단계가 필요하다 337 mRNA는 핵에서 세포질로 핵공 복합체들을 통하여 수출된다 338 RNA 서열은 심지어 전사후에도 효소적 변형에 의하여 편집될 수 있다 338 14.8 RNA 품질의 관리와 분해 341 박테리아, 고세균, 진핵생물은 모두 RNA의 질 관리를 위한 메커니즘을 가진다 341 고세균과 진핵생물은 다른 종류의 RNA 결함을 처리할 수 있는 특별한 경로를 이용한다 343 14.9 작은 침묵 RNA의 생합성과 기능 344 모든 ssRNA들은 큰 전구체들로부터 가공에 의하여 생산된다 344 제 15 장 번역: 작업자들 349 15.1 서 론 349 15.2 번역의 개요 349 번역의 진행에는 세 가지가 필요하다 349 15.3 운반 RNA 351 운반 RNA 분자는 클로버 잎 형태 구조로 접힌다 352 tRNA들은 특별한 효소인 아미노아실-tRNA 합성효소들에 의해서 아미노아실화된다 353 tRNA의 아미노아실화는 두 단계 과정이다 354 아미노아실화 반응 동안에 교정(품질관리)이 일어난다 355 비표준 아미노산은 종결코돈에 의해서 폴리펩타이드 사슬에 첨가된다 356 15.4 전령 RNA 358 박테리아 mRNA의 샤인-달가노 서열은 mRNA를 리보솜에 정렬시킨다 360 진핵생물 mRNA는 샤인-달가노 서열을 갖고 있지 않으나 더 복잡한 5´-비번역부위와 3´-비번역 부위를 갖고 있다 360 전반적인 번역의 효율은 많은 요소에 의존한다 362 15.5 리보솜 363 리보솜은 rRNA들과 많은 종류의 단백질로 구성된 두 종류의 소단위로 구성된 구조이다 363 기능적인 리보솜은 두 종류의 소단위와 특별한 보충 RNA와 단백질 분자로 이루어진다 365 작은 소단위는 mRNA를 수용한 후에 큰 소단위와 결합을 해야 펩타이드 합성이 일어난다 366 리보솜의 조립은 in vivo와 in vitro에서 연구하였다 367 제 16 장 번역: 과정 373 16.1 서 론 373 16.2 번역과정의 개요: 얼마나 빠르고 정확한가? 373 16.3 번역과정 연구를 위한 최신 분석방법 376 초저온전자현미경은 리보솜의 이동 및 운동과 관련된 상태 변화를 가시적으로 관찰할 수 있도록 해준다 376 X-선 결정구조분석은 최상의 해상도를 제공한다 378 단일쌍 형광공명에너지전이는 단일 입자 수준에서 입자의 역동적인 운동을 관찰할 수 있게 해준다 378 16.4 번역의 개시 379 개시는 복합체가 아닌 단일상태로 존재하는 작은 소단위에부터 시작된다 379 초저온전자현미경을 통해 개시 복합체가 더 상세하게 밝혀졌다 380 진핵생물의 개시 부위 선택은 복잡하다 381 번역의 신장 382 해독은 아미노아실 tRNA의 안티코돈을 mRNA 코돈과 짝지우는 것이다 383 순응은 뒤틀려서 변형된 tRNA를 펩타이드 결합 형성에 참여할 수 있도록 이완시키고 풀어준다 384 펩타이드 결합의 형성은 리보솜에 의해 가속화된다 384 tRNA가 혼성 상태를 이루는 것이 자리이동의 필수 요소이다 388 박테리아 신장인자에 대한 구조 정보가 신장의 메커니즘 규명에 실마리를 제공한다 389 리보솜에는 펩타이드 사슬을 방출시키기 위한 출구 통로가 존재한다 391 진핵생물의 신장에서는 원핵생물보다도 훨씬 더 많은 인자가 관여한다 392 16.6 번역의 종결 392 RF3는 RF1과 RF2가 리보솜으로부터 분리• 방출되는 것을 돕는다 392 리보솜은 번역이 종결된 후 재활용된다 394 번역에 대한 지식과 정보는 계속 업데이트되고 있다 394 제 17 장 전사의 조절 397 17.1 서 론 397 17.2 리보솜 수 조절에 의한 번역 조절 397 박테리아의 리보솜 수는 환경에 영향을 받는다 397 박테리아에서 리보솜의 구성요소들의 합성은 조직화되어 있다 398 진핵생물의 리보솜 구성요소 합성의 조절에는 염색질 구조가 관여한다 399 17.3 전사 개시의 조절 402 전사 개시의 조절은 모든 곳에서 일어나며, 매우 다양하다 402 조절은 mRNA의 5´- 혹은 3´-말단에 결합하는 단백질 인자에 의존한다 403 캡-의존성 조절은 개시를 제어하는 주된 경로이다 403 개시는 리보솜의 mRNA 내부 진입 장소를 이용한다 403 5´-3´-UTR 상호작용은 진핵세포에서 개시를 조절하는 새로운 메커니즘을 제공한다 406 리보스위치는 자극에 반응하여 개시를 조절하는 RNA 서열 요소이다 406 마이크로 RNA는 mRNA에 결합하여 번역을 조절한다 407 17.4 진핵생물 내에서의 mRNA 안정성과 분해 410 결함이 없는 mRNA의 두 가지 주된 분해 경로는 mRNA 탈아데닐화로 시작된다 413 5´ → 3´ 경로는 캡 제거 효소 Dcp2의 활성에 의해서 개시된다 413 3´ → 5´ 경로는 엑소솜을 이용하고 뒤이어 다른 캡 제거 효소인 DcpS를 사용한다 414 mRNA 분해의 추가 경로가 있다 415 사용되지 않는 mRNA는 P체와 스트레스 입자 안에 격리된다 416 세포는 잘못된 mRNA 분자를 분해할 수 있는 몇 가지 메커니즘을 가지고 있다 419 미성숙 종결코돈들을 포함하는 mRNA들은 종결코돈 매개 분해(NMD)를 통하여 분해된다 419 진행불가 분해는 리보솜이 전사과정 도중에 멈출 경우 작동한다 420 지속적 분해는 mRNA가 종결코돈을 포함하지 않을 때 작동한다 421 17.5 번역 메커니즘 421 제 18 장 단백질 가공과 변형 423 18.1 서 론 423 18.2 생체막의 구조 424 생체막은 단백질이 풍부한 지질이중층이다 424 수많은 단백질은 생체막과 연관되어 있다 424 18.3 생체막을 통한 단백질의 자리이동 425 단백질 자리이동은 번역 도중 혹은 후에 일어날 수 있다 425 박테리아와 고세균의 막 자리이동은 일차적으로 분비를 위해서 기능한다 426 진핵세포에서의 막 자리이동은 다양한 기능을 수행한다 426 내재 막 단백질은 막 삽입을 위한 특수한 메커니즘을 갖는다 428 소낭이 진핵세포 내의 구획 사이로 단백질을 수송한다 431 18.4 단백질가수분해에 의한 단백질 가공: 절단, 스플라이싱, 분해 432 단백질가수분해 절단은 때때로 전구체로부터 성숙한 단백질을 생산하는 데 이용된다 433 어떤 단백질가수분해효소는 단백질 스플라이싱을 촉매할 수 있다 434 조절된 단백질가수분해는 더 이상 필요하지 않는 단백질을 분해하는 데도 사용된다 435 18.5 곁사슬의 번역후 화학 변형 437 곁사슬의 변형은 단백질 구조와 기능에 영향을 미칠 수 있다 437 인산화는 신호전달에 주된 역할을 한다 437 아세틸화는 주로 상호작용을 변형한다 438 몇몇 유형의 당화된 단백질은 추가된 당 부분을 포함한다 443 당화의 메커니즘은 변형 유형에 의존한다 445 유비퀴틴화는 효소 연쇄반응을 통하여 단백질에 단일 혹은 복수의 유비퀴틴 분자를 첨가한다 446 유비퀴틴 표적화의 특이성은 한 특수한 종류의 효소에 의해서 결정된다 446 단백질-유비퀴틴 결합체의 구조는 변형의 생물학적인 역할을 결정한다 454 폴리유비퀴틴은 프로티아솜에 의한 분해를 위하여 단백질을 표지한다 455 수모화는 단일 혹은 다중의 SUMO 분자를 단백질에 부착시킨다 456 18.6 단백질의 유전체적 기원 458 제 19 장 박테리아의 DNA 복제 461 19.1 서 론 461 19.2 모든 생물에 공통적인 DNA 복제의 특징 461 양쪽 가닥의 복제는 복제분기점을 생성한다 461 구조적으로 새로운 DNA 가닥의 합성은 주형, 중합효소, 그리고 프라이머를 필요로 한다 463 DNA 복제는 2개의 DNA 중합효소의 동시적인 기능을 필요로 한다 463 복제분기점에서 필수적인 다른 단백질 인자들 464 19.3 박테리아의 DNA 복제 466 박테리아 염색체 복제는 하나의 복제원점에서 양쪽 방향으로 진행된다 466 박테리아에서 DNA 중합효소 III가 복제를 수행한다 466 활주 클램프 β는 복제 연속성을 위한 필수적인 기능을 하는 연속성 인자이다 467 레플리솜을 배열시키는 클램프 적재기 467 레플리솜에 관여하는 전체 단백질은 복잡하고 역동적인 방식으로 배열된다 470 DNA 중합효소 I은 오카자키 절편의 성숙에 필요하다 470 19.4 박테리아 DNA의 복제 과정 473 레플리솜은 복제 신장 동안 역동적인 구조를 보여준다 473 19.5 박테리아 DNA 복제의 개시와 종결 477 복제개시는 특별한 DNA 서열 요소와 많은 단백질들을 필요로 한다 477 복제종결 역시 특별한 DNA 서열과 이 서열에 결합하는 단백질 인자를 필요로 한다 481 19.6 박테리오파지와 플라스미드 복제 483 회전-고리 복제가 대체 메커니즘을 제공한다 483 파지 복제는 양방향성과 회전-고리 메커니즘을 이용한다 486 제 20 장 진핵생물의 DNA 복제 489 20.1 서 론 489 20.2 진핵생물의 DNA 복제개시 489 진핵생물의 복제개시는 여러 개의 복제원점을 통해서 진행된다 489 진핵생물의 복제원점은 생물학적 종에 따라 다양한 DNA 구조와 염색질 구조를 가지고 있다 492 개시 복합체 형성에는 일련의 과정이 있다 497 재복제는 방지되어야 한다 499 히스톤 메틸화는 복제의 시작을 조절한다 499 20.3 진핵생물에서의 DNA 복제 신장 499 진핵생물의 복제 복합체는 박테리아와 차이점이 있다 499 박테리아 복제 복합체는 진핵생물에 기능적으로 대응되는 구성인자를 갖는다 501 진핵생물의 신장은 특정한 역동적인 형태를 띤다 503 20.4 염색질의 복제 505 염색질 구조는 복제 과정 동안 역동적인 변화를 겪는다 505 히스톤 샤페론은 복제에서 다양한 역할을 수행한다 505 오래된 그리고 새롭게 합성된 히스톤 모두 복제에 필요하다 505 염색질의 후성유전적 정보도 반드시 복제되어야 한다 507 20.5 DNA 말단 복제 시 발생하는 문제점과 해결책 507 텔로머레이스는 말단 복제의 문제점을 해결한다 508 텔로미어 신장의 대안적인 방법은 텔로머레이스가 결실된 세포에서 활성적 이다 509 20.6 미토콘드리아 DNA 복제 510 미토콘드리아의 원형 유전체는 진짜 존재할까? 510 미토콘드리아 유전체 복제 모델에 대한 논란 511 20.7 진핵생물을 감염시키는 바이러스의 복제 512 레트로바이러스는 RNA를 DNA로 복제하는 역전사효소를 사용한다 512 제 21 장 DNA 재조합 519 21.1 서 론 519 21.2 상동재조합 520 상동재조합은 박테리아에서 여러 가지 역할을 한다 520 상동재조합은 유사분열 중인 세포에서 다양한 역할을 한다 521 감수분열 과정에서의 DNA 조각 교환은 진핵생물 진화에 필수적이다 521 21.3 박테리아에서의 상동재조합 522 RecBCD 복합체가 말단 부위 절단에 관여한다 523 가닥 침투와 가닥 교환은 모두 RecA가 필요하다 524 상동재조합에 관한 많은 부분이 아직 밝혀져 있지 않다 524 홀리데이접합부는 HR에서 필수적인 중간 단계 구조이다 527 21.4 진핵생물에서의 상동재조합 529 진핵세포에서 일어나는 재조합에 관여하는 단백질들은 박테리아의 해당 단백질들과 유사하다 529 HR 기능 장애는 많은 인간 질병과 관련이 있다 532 감수분열에서 상동염색체 간의 유전정보 교환은 재조합을 통해 일어난다 532 21.5 비상동재조합 537 전이인자(트랜스포존)는 유전체 내에서 위치를 변화시키는 이동성 DNA 염기서열이다 537 많은 트랜스포존들이 전사되지만 단지 몇 가지만 그 기능이 알려져 있다 538 여러 가지 유형의 트랜스포존이 존재한다 539 DNA 유형 II 트랜스포존은 스스로를 전이시키기 위해 두 가지 메커니즘 중 하나를 이용할 수 있다 543 레트로트랜스포존 또는 유형 I 트랜스포존은 RNA 중간체가 필요하다 544 21.6 위치 특이 재조합 545 박테리오파지 λ는 위치 특이 재조합에 의해 박테리아 유전체로 통합된다 545 면역글로불린 유전자 재배열은 위치 특이 재조합을 통해서도 일어난다 546 제 22 장 DNA 수선 553 22.1 서 론 553 22.2 DNA의 손상 유형 555 세포 내외의 천연물질은 DNA 정보를 바꿀 수 있다 555 22.3 DNA 수선 경로와 메커니즘 555 DNA 손상은 많은 수선 메커니즘에 의해 복구된다 555 타이민 이량체는 DNA 광분해효소에 의해 직접 수선된다 559 O6-알킬구아닌 알킬전달효소는 알킬화된 염기의 수선에 관여한다 560 뉴클레오타이드 절제 수선은 뒤틀어진 나선 구조의 손상을 수선한다 560 염기 절제 수선은 손상된 염기를 교정한다 561 부정합 수선은 염기쌍의 오류를 교정한다 563 박테리아의 메틸-유도 부정합 수선은 아데닌에 대한 메틸화를 신호로 사용 한다 563 진핵생물에서의 부정합 수선 경로는 DNA 복제 중 가닥 절단에 의해 시작될 수 있다 564 이중가닥 절단의 수선은 오류가 없거나 또는 오류가 발생하기 쉽다 564 상동재조합은 이중가닥 절단을 확실하게 수선한다 565 비상동말단연결은 오류가 발생하기 쉬운 과정에서 DNA 이중나선 구조의 연속성을 복구시킨다 567 22.4 손상통과 합성 572 많은 수선 경로들은 RecQ 헬리케이스를 활용한다 573 22.5 DNA 수선에서 능동적인 역할을 하는 염색질 574 히스톤 변이체와 그들의 번역후 변형은 DNA 수선에 특이적으로 관여한다 577 22.6 개요: 생명체에서 DNA 수선의 역할 581 용어풀이 583 찾아보기 598