목차
저자서문 ... ⅲ
역자서문 ... ⅴ
역자소개 ... ⅵ
서론
생물학적 세계 ... 3
(1) 진정세균 ... 3
(2) 고세균 ... 4
(3) 진핵생물 ... 4
(4) 원핵생물과 진핵생물 ... 4
유전학이란 무엇인가? ... 5
박테리아 유전학 ... 5
(1) 박테리아는 반수체이다 ... 5
(2) 짧은 세대시간 ... 6
(3) 무성생식 재생 ... 6
(4) 한천평판배지상에서의 콜로니 성장 ... 6
(5) 콜로니 정제 ... 6
(6) 연속희석법 ... 6
(7) 선별 ... 6
(8) 박테리아 균주 저장물 보관하기 ... 7
(9) 유전학적 교환 ... 7
파지유전학 ... 7
(1) 파지는 반수체이다 ... 7
(2) 파지의 선별 ... 8
(3) 파지의 교배 ... 8
박테리아 분자유전학의 간단한 역사 ... 8
(1) 박테리아의 유전 ... 8
(2) 형질전환 ... 8
(3) 접합 ... 9
(4) 형질도입 ... 9
(5) 유전자내의 재조합 ... 9
(6) 반보존적인 DNA 복제 ... 9
(7) mRNA ... 9
(8) 유전암호 ... 9
(9) 오페론 모델 ... 10
(4) 분자생물학에 사용되는 효소들 ... 10
앞으로의 내용 ... 10
PART Ⅰ 유전자 : 복제와 발현
Chapter 1 거대분자의 합성 : 염색체의 구조, 복제, 분리
1.1 DNA 구조 ... 15
(1) 디옥시리보뉴클레오티드 ... 16
(2) DNA 사슬 ... 16
(3) 5′말단과 3′말단 ... 16
(4) 염기쌍 형성 ... 18
(5) 큰 홈과 작은 홈 ... 19
1.2 DNA 복제 메커니즘 ... 19
(1) 디옥시리보뉴클레오티드 전구체의 합성 ... 19
(2) 디옥시뉴클레오티드 중합반응 ... 20
(3) 반보존적 복제 ... 22
(4) 이중가닥 DNA의 복제 ... 23
1.3 복제 오류 ... 28
(1) 편집 ... 28
(2) 메틸지향성 미스매치 수선 ... 29
(3) 복제 정확도 유지에서의 편집과 미스매치 수선의 역할 ... 30
1.4 박테리아 염색체의 복제와 세포분열 ... 31
(1) 박테리아 염색체의 구조 ... 31
(2) 박테리아 염색체의 복제 ... 31
(3) 염색체 복제의 개시 ... 31
(4) 염색체 복제의 종결 ... 34
(5) 복제 후 두 딸 DNA의 분리 ... 35
(6) 복제 후 염색체의 분할 ... 37
(7) 복제분기점은 어디 있나? ... 39
(8) 세포분열 ... 39
(9) 염색체 복제를 세포분열과 일치시키기 ... 40
(10) 복제개시 시점 맞추기 ... 42
1.5 초나선 형성 ... 43
(1) 박테리아의 원핵 ... 43
(2) 원핵에서의 초나선 형성 ... 44
(3) 토포이소머라제 ... 45
1.6 복제와 DNA 구조에 영향을 미치는 항생제 ... 47
(1) 전구체 합성을 차단하는 항생제 ... 47
(2) 뉴클레오티드 중합반응을 차단하는 항생제 ... 48
(3) DNA 구조에 영향을 미치는 항생제 ... 48
(4) 자이라제에 영향을 미치는 항생제 ... 48
1.7 DNA의 분자생물학적 조작 ... 49
(1) 제한효소 ... 49
(2) 혼성화 ... 52
(3) DNA 복제에 사용되는 효소의 응용 ... 53
Chapter 2 거대분자의 합성 : 유전자 발현
2.1 개요 ... 63
2.2 RNA의 구조와 기능 ... 64
(1) RNA 유형 ... 64
(2) RNA 전구체 ... 65
(3) RNA 구조 ... 65
(4) RNA 가공과 변형 ... 67
2.3 전사 ... 69
(1) 박테리아 RNA 중합효소 ... 69
(2) 전사개시 ... 70
(3) 중합반응 ... 70
(4) 전사종결 ... 72
(5) rRNA와 tRNA의 합성 ... 74
2.4 단백질 ... 75
(1) 단백질 구조 ... 75
(2) 번역 ... 77
(3) 단백질 합성의 세부사항 ... 79
(4) 유전암호 ... 84
(5) 번역개시 ... 85
(6) 번역종결 ... 88
(7) 다중유전자 mRNA
2.5 단백질 접힘 ... 91
(1) 샤프론 ... 91
(2) 막 단백질과 단백질 반출 ... 93
(3) 표적화 인자 ... 94
(4) 단백질 분비 ... 95
(5) 이황화 결합 ... 96
(6) 유전자 발현의 조절 ... 97
2.6 유용한 개념들 ... 99
(1) 가용해독틀 ... 101
(2) 전사융합과 번역융합 ... 101
2.7 전사와 번역을 차단하는 항생제 ... 104
(1) 전사를 저해하는 항생제 저해제 ... 104
(2) 번역을 저해하는 항생제 저해제 ... 105
PART Ⅱ 유전자와 유전인자
Chapter 3 돌연변이와 유전학적 분석
3.1 정의 ... 113
(1) 유전학에서 사용되는 용어들 ... 113
(2) 유전학적 명칭 ... 114
3.2 박테리아 유전학에서 유용한 표현형 ... 115
(1) 영양요구성 돌연변이체 ... 115
(2) 조건부 치사 돌연변이체 ... 116
(3) 내성 돌연변이체 ... 117
3.3 박테리아에서의 유전 ... 118
(1) 루리아와 델브뤽의 실험 ... 119
(2) 뉴콤의 실험 ... 121
(3) 레더버그의 실험 ... 122
3.4 돌연변이율 ... 123
(1) 돌연변이율의 계산 ... 124
(2) 돌연변이체 비율을 증가시켜 돌연변이율 측정하기 ... 125
(3) 요약 ... 127
3.5 돌연변이의 유형 ... 127
(1) 염기쌍 변화 ... 128
(2) 틀이동 돌연변이 ... 132
(3) 결실 돌연변이 ... 133
(4) 역위 돌연변이 ... 134
(5) 종렬중복 돌연변이 ... 135
(5) 삽입 돌연변이 ... 136
3.6 환원유전 대 억제작용 ... 137
(1) 유전자내 억제인자 ... 137
(2) 유전자간 억제인자 ... 137
(3) 넌센스 억제인자 ... 138
3.7 유전적 분석 ... 140
(1) 돌연변이체 분리하기 ... 141
(2) 독립 돌연변이 분리하기 ... 141
(3) 돌연변이체 선별하기 ... 142
(4) 복제평판법 ... 143
(5) 증균 ... 143
(6) 상보성 ... 144
(7) 재조합 검사 ... 147
(8) 유전자교체와 유전자전환 ... 150
Chapter 4 플라스미드
4.1 플라스미드란 무엇인가 ... 159
(1) 플라스미드 명명 ... 160
(2) 플라스미드에 의해 암호화되어 있는 기능들 ... 161
(3) 플라스미드 구조 ... 161
4.2 플라스미드의 특성 ... 163
(1) 복제 ... 163
(2) ori 부위의 기능 ... 166
(3) 플라스미드 제거작용을 방해하는 메커니즘 ... 174
(4) par 시스템 ... 176
(5) 불화합성 ... 178
(6) 같은 불화합성 그룹에 속하는 플라스미드 보존하기 ... 180
4.3 플라스미드 클로닝벡터 만들기 ... 181
(1) 플라스미드 ori 부위 찾기 ... 181
(2) 플라스미드 클로닝벡터의 예 ... 183
(3) 넓은 숙주 범위의 클로닝벡터 ... 186
Chapter 5 접합
5.1 개관 ... 189
(1) 자가전달성 플라스미드의 분류 ... 190
(2) 플라스미드의 종간 전달 ... 191
5.2 그람음성 박테리아의 접합 과정 중 DNA 전달 메커니즘 ... 193
(1) 전달 유전자 ... 194
(2) oriT 염기서열 ... 198
(3) 전달의 효율 ... 199
(4) 가동성 플라스미드들 ... 200
5.3 플라스미드에 의한 염색체 전달 ... 204
(1) Hfr 균주들의 형성 ... 204
(2) 삽입된 플라스미드들에 의한 염색체 DNA 전달 ... 205
5.4 Hfr 교배를 이용한 유전자 지도작성 ... 206
(1) 표지유전자 ... 206
(2) Hfr 교배 분석 ... 207
5.5 염색체 가동화 ... 210
5.6 프라임 인자들 ... 210
(1) 프라임 인자들의 제도 ... 210
(2) 프라임 인자들을 이용한 상보성 테스트 ... 211
(3) 진화에서 프라임 인자들의 역할 ... 213
5.7 그람양성 박테리아의 전달 시스템들 ... 213
(1) 플라스미드-유인성 페로몬 ... 213
(2) 다른 타입의 자가전달성 인자들 ... 215
Chapter 6 형질전환
6.1 자연적 형질전환 ... 221
(1) 형질전환의 발견 ... 222
(2) DNA 수용능 ... 222
(3) 자연적 형질전환시의 DNA 획득 ... 226
(4) 형질전환시의 DNA 획득 메커니즘 ... 226
(5) 단일가닥 획득에 대한 유전학적 증거 ... 227
(6) 자연적 DNA 수용능이 있는 박테리아의 플라스미드 형질전환과 트랜스펙션 ... 228
(7) 자연적 형질전환의 역할 ... 229
6.2 인공적으로 유도된 DNA 수용능 ... 231
(1) 칼슘이온 유도 ... 231
(2) 일렉트로포레이션 ... 232
Chapter 7 용균성 박테리오파지 : 유전분석과 형질도입에서의 응용
7.1 박테리오파지 용균 발달 주기 ... 237
(1) 파지 T7 : 파지가 암호화하는 RNA 중합효소 ... 239
(2) 파지 T4 : 전사 활성인자, 종결방지, 새로운 시그마 인자 및 복제-연관 전사 ... 241
7.2 파지 DNA 복제 ... 246
(1) 단일가닥 환형 DNA를 갖고 있는 파지들 ... 247
(2) 파지 T7 : 콘카테머를 형성하는 선형 DNA ... 253
(3) 파지 T4 : 콘카테머를 형성하는 또 다른 선형 DNA ... 254
7.3 파지의 유전 분석 ... 257
(1) 세포의 감염 ... 257
(2) 파지 교배 ... 258
(3) 파지를 이용한 재조합 및 상보성 테스트 ... 258
(4) 파지 T4의 rⅡ유전자를 이용한 실험 ... 261
(5) 파지의 유전자 연관 지도작성 ... 270
7.4 일반 형질도입 ... 273
(1) 형질도입 파지를 만드는 것 ... 274
(2) 형질도입에 의한 박테리아 표지유전자들의 유전자 지도작성 ... 275
(3) 박테리아의 진화 과정에서 형질도입의 역할 ... 278
Chapter 8 파지λ와 용원성
8.1 파지λ ... 282
(1) 파지λ : 용균 발달 과정 ... 282
(2) 파지λ : 환형으로 복제하는 선형 DNA ... 287
8.2 용원성 ... 289
(1) cⅡ 유전자산물 ... 289
(2) 파지λ 삽입 ... 290
(3) 용원성의 유지 ... 291
(4) 용원성 상태에서 억제인자 합성 조절 ... 291
(5) 중복감염에 대한 면역성 ... 292
(6) λ의 유도 ... 292
(7) 용균성 주기와 용원성 주기 간의 경쟁 ... 294
8.3 특수 형질도입 ... 294
8.4 기타 용원성 파지들 ... 297
(1) 파지 P2 ... 298
(2) 파지 P4 ... 299
(3) 파지 P1 : 플라스미드 프로파지 ... 299
(4) 파지 Mu ... 300
(5) 클로닝벡터로서의 용원성 파지 이용 ... 300
8.5 용원성 파지와 박테리아 병원성 ... 301
(1) E. coli와 이질 : 쉬가 독소 ... 301
(2) 디프테리아 ... 302
(3) 콜레라 ... 302
(4) 보튜리즘과 파상풍 ... 303
(5) 개요 ... 303
8.6 파지λ를 이용한 유전학 실험 ... 303
(1) λ용원성의 유전학 ... 303
(2) CI 억제인자의 유전학 ... 305
(3) λ nut 돌연변이의 분리 ... 305
(4) 숙주세포의 nus 돌연변이들의 분리 ... 307
Chapter 9 전위와 특정부위 재조합
9.1 전위 ... 311
(1) 전위의 개관 ... 312
(2) 박테리아 트랜스포존의 구조 ... 312
(3) 박테리아 트랜스포존의 종류 ... 313
(4) 전위의 분석 방법들 ... 316
(5) 전위를 위한 유전적 필수조건들 ... 318
(6) 전위에 대한 분자 모델들 ... 322
9.2 트랜스포존 돌연변이유발 ... 327
(1) 플라스미드의 트랜스포존 돌연변이유발 ... 327
(2) 박테리아 염색체의 트랜스포존 돌연변이유발 ... 332
(3) 모든 박테리아에서 트랜스포존 돌연변이유발 ... 333
(4) 트랜스포존 돌연변이유발을 이용한 무작위 유전자융합의 제작 ... 336
(5) In Vivo 클로닝 ... 337
9.3 특정부위 재조합 ... 339
(1) 발달 과정에서 조절되는 개재 DNA의 절제 ... 339
(2) 삽입효소 ... 340
(3) 가닥분리효소 ... 342
(4) DNA 전도효소 ... 343
(5) 토포이소머라제 ... 344
PART Ⅲ 활동중인 유전자
Chapter 10 재조합의 분자생물학적 원리
10.1 재조합의 개관 ... 350
(1) 요건 1 : 교차지역에서 존재하는 동일한 염기서열이나 유사한 염기서열 ... 350
(2) 요건 2 : 이중가닥 DNA 분자들 간의 상보적인 염기쌍 ... 350
(3) 요건 3 : 재조합효소들 ... 351
(4) 요건 4 : 이형이중가닥 형성 ... 351
10.2 재조합의 분자적 모델들 ... 351
(1) 홀리데이 이중가닥 침입 모델 ... 351
(2) 단일가닥 침입 모델 ... 352
(3) 이중가닥 절단 수선 모델 ... 353
10.3 E. coli에서 일어나는 재조합의 분자생물학적 원리 ... 354
(1) 카이(χ)부위와 RecBCD 핵산분해효소 ... 355
(2) RecF 경로 ... 358
(3) 시냅스 형성과 RecA 단백질 ... 359
(4) Ruv와 RecG 단백질들, 홀리데이 교차점의 이동과 절단 ... 360
10.4 파지 재조합 경로 ... 364
(1) 파지 T4와 T7의 Rec 단백질들 ... 364
(2) rac 프로파지의 RecE 경로 ... 364
(3) 파지λ red 시스템 ... 364
10.5 박테리아에서 재조합의 유전 분석 ... 367
(1) E. coli Rec￣ 돌연변이체 분리 ... 367
(2) 다른 종류의 재조합 유전자들 ... 368
(3) 유전자전환 및 재조합 과정 중 이형이중가닥 형성의 다른 징후들 ... 370
Chapter 11 DNA 수선과 돌연변이유발
11.1 DNA 수선의 증거 ... 376
11.2 특이적 수선경로들 ... 377
(1) 염기들의 탈아민반응 ... 377
(2) 활성산소에 의한 손상 ... 381
(3) 알킬화 ... 383
(4) 피리미딘 이량체 ... 385
11.3 일반 수선 메커니즘 ... 387
(1) 메틸지향성 미스매치 수선 시스템 ... 387
(2) 뉴클레오티드 절제 수선 ... 392
(3) 재조합 수선 ... 394
(4) SOS 유도성 수선 ... 396
(5) 기타 din 유전자 ... 404
11.4 E. coli가 갖고 있는 수선경로의 요약 ... 404
11.5 박테리오파지 수선경로 ... 404
11.6 수선경로의 유전학적 분석 ... 405
Chapter 12 유전자 발현조절
12.1 박테리아에서의 전사조절 ... 412
(1) 음성 조절과 양성 조절을 위한 유전학적 증거 ... 412
12.2 음성 조절 ... 413
(1) E. coli의 lac 오페론 ... 413
(2) E. coli의 gal 오페론 ... 420
(3) 생합성 오페론의 조절 : 아포억제인자와 보조억제인자 ... 424
12.3 양성 조절 ... 427
(1) E. coli의 L-ara 오페론 ... 427
(2) E. coli의 말토오스 오페론 ... 431
(3) tol 오페론 ... 433
12.4 전사약화에 의한 조절 ... 435
(1) 전사약화에 대한 유전학적 증거 ... 437
12.5 피드백 저해 ... 440
(1) 트립토판 오페론 ... 440
(2) 이소류신-발린 오페론 ... 440
Chapter 13 총체적 조절 메커니즘
13.1 이화물 민감 오페론 ... 444
(1) cAMP와 cAMP 결합 단백질 ... 444
(2) E. coli에서 이화물 조절의 유전학적 분석 ... 448
(3) 다른 생물체들에서 cAMP의 사용 ... 450
13.2 질소동화의 조절 ... 451
(1) 질소동화 경로들 ... 452
(2) 이화물 억제, Ntr 시스템, 아미노산 분해 오페론들의 조절에 관한 조정 ... 460
(3) 장내세균에서 질소조절의 유전학적 분석 ... 461
13.3 포린 합성의 조절 ... 462
(1) 포린 조절의 유전학적 분석 ... 463
13.4 병원성 박테리아에서 병독성 유전자의 조절 ... 465
(1) 디프테리아 ... 465
(2) 콜레라 ... 468
(3) 백일해 ... 470
13.5 열 충격 레귤론 ... 472
(1) E. coli의 열 충격 반응 ... 472
(2) E. coli 열 충격 레귤론의 유전학적 분석 ... 473
(3) $$σ^{32}$$합성의 조절 ... 473
13.6 리보솜과 tRNA 합성의 조절 ... 474
(1) 리보솜 단백질 ... 475
(2) rRNA와 tRNA의 조절 ... 478
13.7 조절 네트워크의 마이크로어레이 및 단백질체 분석 ... 480
(1) 유전자로부터 레귤론, 네트워크 및 유전학적 분석까지 ... 482
PART Ⅳ 실제 응용으로서의 유전자
Chapter 14 박테리아의 분자유전학적 분석
14.1 E. coli의 lacl유전자 ... 490
(1) lacl 유전자에서 일어난 결실 돌연변이체의 분리 ... 490
(2) lacl 미스센스 돌연변이들의 분리 ... 491
(3) lacl 미스센스 돌연변이들의 유전자 지도작성 ... 491
14.2 Salmonella enterica Serovar Typhimurium의 his 오페론에서 일어난 직렬중복 돌연변이의 분리 ... 493
(1) recA 돌연변이에 의한 중복 돌연변이의 안정화 ... 494
(2) 직렬중복 길이의 결정 ... 495
(3) 자발적으로 일어나는 중복 돌연변이의 빈도 ... 495
14.3 E. coli에서 일어나는 단백질 수송 과정의 분석 ... 495
(1) 단백질 수송 과정을 연구하기 위한 mal 유전자들의 이용 : 신호서열들 ; sec ; SRP ... 496
14.4 내막 단백질의 막횡단 도메인의 유전학적 분석 ... 499
(1) 무작위 phoA 융합에 의해 수송되는 단백질의 유전자 확인 ... 500
14.5 ColE1-유래 플라스미드들의 복제조절 ... 500
(1) RNA Ⅰ과 RNA Ⅱ의 상호작용을 방해하는 돌연변이들 ... 502
(2) lnc 그룹을 변화시키는 돌연변이 ... 502
14.6 플라스미드에 있는 tra 유전자들의 확인과 유전자 지도작성 ... 503
(1) tra 돌연변이 플라스미드들의 분리 ... 503
(2) tra 유전자의 수를 결정하기 위한 상보성 테스트 ... 504
14.7 Bacillus subtilis 포자형성의 유전 분석 ... 505
(1) 포자형성을 조절하는 유전자의 확인 ... 507
(2) 포자형성 개시 과정의 조절 ... 508
(3) 포자형성 과정 유전자들의 구획화된 조절 ... 510
(4) 포자형성 과정의 조절에서 시그마 인자들의 역할 분석 ... 511
(5) 발달 과정 중 구획 간 조절 ... 513
(6) 포자형성 유전자의 발견 : 돌연변이체 수집, 억제인자 분석 및 기능 유전체학 ... 518
용어풀이 ... 521
색인 ... 539
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