서문 ... xvii Part 1 Genes 1 DNA는 유전 물질이다 1.1 서론 ... 1 1.2 DNA는 세균의 유전물질이다 ... 2 1.3 DNA는 바이러스의 유전물질이다 ... 3 1.4 DNA는 동물세포의 유전물질이다 ... 4 1.5 폴리뉴클레오티드 사슬은 당-인산 골격과 연결된 질소를 함유하는 염기를 가지고 있다 ... 4 1.6 DNA는 이중나선이다 ... 5 1.7 초나선구조형성은 DNA 구조에 영향을 준다 ... 8 1.8 DNA의 구조는 복제와 전사를 가능케 한다 ... 9 1.9 DNA복제는 반보존적이다 ... 11 1.10 DNA가닥은 복제분기점에서 분리된다 ... 12 1.11 유전정보는 DNA 또는 RNA에 의해 규정된다 ... 12 1.12 핵산은 염기쌍에 의해 잡종을 형성한다 ... 14 1.13 돌연변이는 DNA배열을 변화시킨다 ... 15 1.14 돌연변이는 하나의 염기쌍 혹은 더 긴 배열에 영향을 준다 ... 16 1.15 돌연변이의 결과는 본래의 상태로 되돌아 갈 수 있다 ... 18 1.16 돌연변이는 핫스폿(hotspot)에서 집중적으로 일어난다 ... 19 1.17 많은 핫스폿은 수식된 염기 결과이다 ... 20 1.18 게놈의 크기는 다양하다 ... 20 1.19 요약 ... 22 2 유전자는 단백질을 코드한다 2.1 서론 ... 23 2.2 하나의 유전자는 하나의 폴리펩티드를 코드한다 ... 24 2.3 동일한 유전자내의 돌연변이는 보완적이지 않다 ... 25 2.4 돌연변이는 기능상실이나 기능획득을 일으킬 수 있다 ... 26 2.5 한 개의 유전자 자리는 여러 변이 대립유전자를 가질 수 있다 ... 27 2.6 한 개 유전자 자리에 정상을 포함한 다른 대립유전자를 가지는 경우 ... 28 2.7 재조합은 DNA의 물리적 교환에 의해 발생된다 ... 29 2.8 재조합 확률은 거리에 의존한다 ... 30 2.9 유전암호는 3개 염기의 조합이다 ... 31 2.10 모든 염기배열은 3가지 리딩프레임을 가진다 ... 33 2.11 유전자의 단백질 산물을 발현하는데 여러 단계가 요구된다 ... 34 2.12 단백질은 트랜스-작용이나, DNA 부위는 시스-작용이다 ... 35 2.13 요약 ... 37 3 유전자는 분단되어 질 수 있다 3.1 서론 ... 38 3.2 분단 유전자는 mRNA와 DNA의 비교로 검출된다 ... 39 3.3 분단 유전자는 그 mRNA보다 길이가 길다 ... 41 3.4 분단 유전자의 체제는 잘 보존되어 있는 편이다 ... 43 3.5 엑손배열은 잘 보존되어 있으나 인트론은 다양하다 ... 44 3.6 유전자는 다양한 길이를 가진다 ... 45 3.7 어떤 DNA 염기배열은 한 개 이상의 단백질을 코드한다 ... 46 3.8 분단 유전자는 어떻게 진화하였는가 ... 48 3.9 몇 몇 엑손은 단백질의 기능을 동등하게 할 수 있다 ... 50 3.10 공통구조를 공유하는 유전자의 구성원 ... 51 3.11 위유전자(pseudogene)는 진화적으로 죽은 것이다 ... 52 3.12 요약 ... 53 4 게놈의 내용물 4.1 서론 ... 54 4.2 게놈의 유전지도 작성: 연관법, 제한효소 절단법, 염기서열 결정법 ... 55 4.3 각각의 게놈은 광범위한 다양성을 보이고 있다 ... 56 4.4 RFLP와 SNP는 유전지도 작성에 사용될 수 있다 ... 58 4.5 왜 게놈은 그렇게 큰가? ... 60 4.6 진핵세포의 게놈은 비반복배열과 반복배열 모두를 포함한다 ... 61 4.7 유전자는 엑손의 보존에 의해 분리될 수 있다 ... 62 4.9 질병관련 유전자는 환자의 DNA와 정상인의 DNA를 비교함으로써 알 수 있다 ... 64 4.9 게놈조직의 보존은 유전자 동정에 이용된다 ... 65 4.10 세포 소기관은 DNA를 함유한다 ... 67 4.11 미토콘드리아 게놈은 세포소기관 단백질을 코드하는 환형DNA이다 ... 68 4.12 엽록체 게놈은 많은 단백질과 RNA를 코드한다 ... 70 4.13 세포소기관은 내부공생에 의해 진화되었다 ... 70 4.14 요약 ... 71 5 게놈 배열과 유전자 수 5.1 서론 ... 72 5.2 박테리아 유전자수는 10배 이상의 차이를 가지며 분포하고 있다 ... 73 5.3 전체 유전자 수는 몇몇 진핵생물에 알려져 있다 ... 75 5.4 인간 게놈은 예상했던 것보다 적은 유전자를 가지고 있다 ... 76 5.5 유전자와 다른 염기배열은 게놈에서 어떻게 분포되어 있는가? ... 78 5.6 Y염색체는 몇 가지 남성-특이적인 유전자를 가지고 있다 ... 79 5.7 얼마나 많은 유형의 유전자가 존재하는가? ... 81 5.8 더 복잡한 종은 첨가된 새로운 유전자 기능에 의해 진화한다 ... 83 5.9 얼마나 많은 유전자들이 필수적인가? ... 84 5.10 진행생물 조직에서는 약 10,000개의 유전자가 아주 다양한 수준으로 발현되고 있다 ... 86 5.11 발현된 유전자 수는 함께 측정할 수 있다 ... 88 5.12 요약 ... 89 6 클러스터와 반복 6.1 서론 ... 90 6.2 유전자중복은 진화의 주요한 원동력이다 ... 92 6.3 글로빈 클러스터는 유전자중복과 다양성에 의해 형성된다 ... 92 6.4 염기 다양성은 진화시계의 기초이다 ... 94 6.5 중립치환률은 반복배열의 다양성으로 측정할 수 있다 ... 97 6.6 부등교차는 유전자 클러스터를 재정렬한다 ... 98 6.7 rRNA 유전자는 불변의 전사단위를 포함하면서 연속반복배열을 형성한다 ... 100 6.8 교차 고정은 동일한 반복배열을 유지할 수 있다 ... 102 6.9 새틀라이트DNA는 종종 헤테로크로마틴에 존재한다 ... 104 6.10 절지동물의 새틀라이트DNA는 매우 짧은 동일한 반복배열을 가지고 있다 ... 106 6.11 포유동물의 새틀라이트DNA는 단계적 반복배열로 이루어져 있다 ... 107 6.12 미니새틀라이트DNA는 유전자지도작성에 유용하다 ... 109 6.13 요약 ... 112 Part 2 Proteins 7 전령 RNA 7.1 서론 ... 113 7.2 mRNA는 전사에 의해 생성되고 번역된다 ... 114 7.3 전달 RNA는 클로버 잎의 모양을 만든다 ... 115 7.4 수용체 줄기와 안티코돈은 3차 구조의 끝에 존재한다 ... 117 7.5 전령 RNA는 리보솜에 의해 번역 된다 ... 118 7.6 많은 리보솜이 하나의 mRNA에 결합한다 ... 119 7.7 박테리아 전령 RNA의 생애 주기 ... 121 7.8 진핵세포의 mRNA는 전사 과정 중이나 전사 후에 수식 된다 ... 123 7.9 진핵 세포의 mRNA의 5´ 말단에는 캡이 씌워져 있다 ... 124 7.10 진핵 세포의 mRNA의 3´ 말단은 아데닌이 다량 첨가된다 ... 125 7.11 박테리아의 mRNA 분해에는 여러 효소가 관여한다 ... 126 7.12 두 가지 경로에 의해 진핵 세포의 mRNA가 분해 된다 ... 127 7.13 넌센스 돌연 변이는 진핵 세포의 감시 체계를 작동시킨다 ... 129 7.14 진핵 세포의 RNA는 수송 된다 ... 130 7.15 mRNA는 세포 내에 국한될 수 있다 ... 131 7.16 요약 ... 133 8 단백질 합성 8.1 서론 ... 134 8.2 단백질 합성은 개시, 신장, 종결 단계로 일어난다 ... 136 8.3 특별한 기작을 통해 단백질합성의 정확도가 통제된다 ... 138 8.4 박테리아에서의 개시단계에는 30S 서브유닛과 보조인자가 필요하다 ... 139 8.5 특별한 개시 tRNA가 폴리펩티드 사슬을 시작한다 ... 141 8.6 mRNA와 30S 서브유닛이 결합하여 IF-2와 fMet-tRNAf의 복합체가 붙을 자리가 만들어진다 ... 142 8.7 진핵생물의 작은 서브유닛은 개시부위를 찾아 mRNA를 훑어나간다 ... 144 8.8 신장인자 Tu는 아미노아실-tRNA를 A 부위로 집어넣는다 ... 146 8.9 폴리펩티드 사슬은 아미노아실-tRNA로 옮겨진다 ... 147 8.10 전좌는 리보솜 이동을 말한다 ... 148 8.11 신장인자는 리보솜에 교대로 결합한다 ... 150 8.12 충전되지 않은 tRNA는 리보솜이 긴축반응을 일으키도록 만든다 ... 150 8.13 세 개 코돈은 단백질합성을 종결하며 이들 코돈은 단백질인자에 의해 인식된다 ... 153 8.14 두 리보솜 서브유닛에서 리보솜 RNA는 서브유닛 전체에 뻗쳐있다 ... 155 8.15 리보솜에는 여러 활성 센터가 존재한다 ... 156 8.16 두 개의 rRNA는 모두 단백질합성에서 능동적인 역할을 수행한다 ... 158 8.17 요약 ... 160 9 유전암호의 사용 9.1 서론 ... 162 9.2 연관된 코돈은 연관된 아미노산을 지정한다 ... 163 9.3 코돈-안티코돈 간 인식에는 워블이 존재한다 ... 164 9.4 tRNA에는 수식된 염기가 들어있다 ... 165 9.5 수식된 염기는 코돈-안티코돈 결합에 영향을 준다 ... 167 9.6 유전암호의 보편성이 간혹 달라지기도 한다 ... 168 9.7 어떤 종결 코돈에는 새로운 종류의 아미노산이 삽입되기도 한다 ... 169 9.9 tRNA는 합성효소에 의해 아미노산으로 충전된다 ... 170 9.9 아미노아실-tRNA 합성효소는 두 그룹으로 나뉜다 ... 171 9.10 합성효소는 정확도를 높이기 위해 교정을 한다 ... 172 9.11 서프레서 tRNA는 새로운 코돈을 읽도록 바뀐 안티코돈을 갖고 있다 ... 174 9.12 재해독(recoding)으로 코돈의 의미가 바뀐다 ... 176 9.13 프레임쉬프트는 '미끄러운' 배열에서 일어난다 ... 177 9.14 우회이동은 리보솜 이동으로 일어난다 ... 179 9.15 요약 ... 180 10 단백질의 목적지 결정에는 특별한 시그널이 있어야 한다 10.1 서론 ... 18 10.2 단백질의 수송은 번역 후에 일어나거나 번역과 동시에 일어난다 ... 182 10.3 시그널배열은 SRP와 상호 작용한다 ... 184 10.4 SRP는 SRP 수용체와 상호 작용한다 ... 186 10.5 트랜스로콘은 통로를 만든다 ... 188 10.6 번역후 막 삽입은 리더배열에 따라 결정된다 ... 189 10.7 박테리아는 번역-동시 수송과 번역-후 수송을 모두 이용한다 ... 191 10.8 요약 ... 193 Part 3 Gene Expression 11 전시 11.1 서론 ... 194 11.2 '버블'내의 외가닥 DNA에 염기쌍을 형성함으로써 전사가 시작된다 ... 196 11.3 전사반응은 3개의 단계로 이루어진다 ... 196 11.4 효소이동에 대한 모델은 결정구조에 의해 추론된 것이다 ... 198 11.5 RNA중합효소는 코어효소와 시그마 인자로 이루어져 있다 ... 200 11.6 RNA중합효소는 어떻게 프로모터 배열을 발견할까? ... 202 11.7 시그마 인자는 DNA의 결합을 조절한다 ... 203 11.8 프로모터인식은 공통배열에 의존한다 ... 205 11.9 프로모터의 효율은 돌연변이에 의하여 증진 또는 감소될 수 있다 ... 207 11.10 초나선구조형성은 전사의 중요한 요소이다 ... 208 11.11 시그마 인자를 대체함으로써 전사를 조절할 수 있다 ... 209 11.12 시그마 인자는 DNA와 직접 접촉한다 ... 212 11.13 대장균에는 두 종류의 터미네이터가 존재한다 ... 213 11.14 내재성 종결은 머리핀구조와 U가 풍부한 영역을 필요로 한다 ... 214 11.15 로(ρ)인자는 어떻게 작용할까? ... 215 11.16 항종결은 조절기작의 하나이다 ... 216 11.17 요약 ... 220 12 오페론 12.1 서론 ... 222 12.2 구조유전자 클러스터는 통합적으로 조절된다 ... 224 12.3 lac유전자들은 하나의 리프레서에 의하여 조절된다 ... 225 12.4 lac 오페론은 유도될 수 있다 ... 226 12.5 리프레서는 작은 분자인 유도물질에 의하여 조절된다 ... 227 12.6 시스-작용 구성적 돌연변이는 오퍼레이터를 규명해준다 ... 228 12.7 트랜스-작용변이는 조절유전자를 규명해준다 ... 229 12.8 리프레서는 두개의 이량체로 이루어진 사량체이다 ... 231 12.9 오퍼레이터에 대한 리프레서의 결합은 리프레서구조의 알로스테릭 변화에 의하여 조절 된다 ... 232 12.10 리프레서는 3개의 오퍼레이터와 결합하여 RNA중합효소와 작용한다 ... 234 12.11 오퍼레이터는 리프레서에 대해 낮은 친화도를 가지고 있는 부위들과 경쟁한다 ... 235 12.12 리프레션은 여러 자리에서 발생할 수 있다 ... 237 12.13 오페론은 리프레션될 수도 있고 유도될 수도 있다 ... 238 12.14 사이클릭AMP는 여러 오페론에 작용하는 CRP를 활성화 시키는 유도물질이다 ... 239 12.15 번역도 조절될 수 있다 ... 240 12.16 요약 ... 241 13 조절 RNA 13.1 서론 ... 243 13.2 선택적 이차구조가 전사 또는 번역에 영향을 미칠 수 있다 ... 244 13.3 고초균(B. Subtilis)의 Trp유전자의 종결은 트립토판과 tRNATrp에 의해 조절된다 ... 245 13.4 대장균의 트립토판 오페론은 전사감쇠작용에 의해 조절된다 ... 246 13.5 전사감쇠는 번역에 의해 조절될 수 있다 ... 247 13.6 안티센스 RNA가 유전자발현을 불활성화하기 위해 이용되어질 수 있다 ... 250 13.7 작은 RNA분자들이 번역을 조절할 수 있다 ... 251 13.8 박테리아는 조절자 RNA들을 가지고 있다 ... 252 13.9 마이크로 RNAs가 많은 진핵생물에서 조절자 역할을 한다 ... 254 13.10 RNA 간섭은 유전자 침묵과 관련되어 있다 ... 255 13.11 요약 ... 257 14 파아지의 전략 14.1 서론 ... 258 14.2 용균 단계는 두 단계로 구분된다 ... 259 14.3 용균 단계는 다단계 형태로 조절된다 ... 261 14.4 두 가지 형태의 조절 작용이 용균 다단계를 제어한다 ... 262 14.5 람다는 용원성과 용균 생활환을 위해 즉시 초기유전자와 지연 초기유전자를 사용한다 ... 264 14.6 용균 생활환은 항종결에 의존한다 ... 264 14.7 용원성은 리프레서 단백질에 의해 유지된다 ... 266 14.8 리프레서와 그 작동 유전자는 면역 부위를 규정짓는다 ... 267 14.9 리프레서의 DNA-결합형태는 이량체 이다 ... 268 14.10 리프레서는 DNA에 결합하기 위해 헬릭스-턴-헬릭스 모티프를 이용한다 ... 269 14.11 리프레서 이량체는 협동적으로 오퍼레이터에 결합한다 ... 270 14.12 리프레서는 자생적인 회로를 유지한다 ... 272 14.13 협동적인 상호작용은 조절의 민감도를 증가시킨다 ... 272 14.14 cⅡ와 cⅢ 유전자는 용원성을 확립하는데 필요하다 ... 273 14.15 용원성은 여러 가지 사건을 필요로 한다 ... 274 14.16 Cro 리프레서는 용균성 감염에 필요하다 ... 276 14.17 용원성과 용균 단계 사이의 균형을 조절하는 것은 무엇인가? ... 277 14.18 요약 ... 278 Part 4 DNA Replication adn Recombination 15 복제단위 15.1 서론 ... 280 15.2 복제기점은 보통 두 방향으로 작용하는 복제를 개시한다 ... 281 15.3 박테리아 게놈은 단일 원형의 복제단위이다 ... 282 15.4 박테리아 복제기원의 메틸화는 복제 시작을 조절한다 ... 284 15.5 각각의 진핵 염색체는 많은 복제단위를 포함한다 ... 285 15.6 복제기점은 ORC에 결합한다 ... 286 15.7 허가인자는 복제를 조절하고 MCM 단백질들을 구성한다 ... 287 15.8 요약 ... 289 16 염색체외의 복제단위 16.1 서론 ... 290 16.2 선형 DNA의 말단은 복제에 있어 문제가 된다 ... 291 16.3 말단단백질은 바이러스DNA 말단에서 개시가 일어나게 한다 ... 292 16.4 회전환은 복제단위의 다중결합체를 형성한다 ... 293 16.5 회전환은 파아지 게놈을 복제하는데 이용된다 ... 295 16.6 F 플라스미드는 박테리아간의 접합에 의해 이동한다 ... 296 16.7 접합은 단일 가닥 DNA를 전달시킨다 ... 297 16.8 Ti 박테리아 플라스미드는 식물 세포내에서 유전자를 전달시킨다 ... 298 16.9 T-DNA의 이동은 박테리아 접합과 유사하다 ... 299 16.10 요약 ... 302 17 박테리아 복제는 세포주기와 연관되어 있다 17.1 서론 ... 303 17.2 박테리아는 다수의 복제포크를 지닌 염색체를 가질 수 있다 ... 304 17.3 격벽은 박테리아를 염색체를 포함하는 각각의 자손으로 나눈다 ... 305 17.4 분열 또는 분리에서 변이는 세포모양에 영향을 준다 ... 306 17.5 FtsZ는 격벽형성에 필수적이다 ... 307 17.6 min 유전자는 격벽의 위치를 조절한다 ... 308 17.7 염색체분리는 부위특이적 재조합을 요구할 것이다 ... 309 17.8 D분획은 염색체를 분리한다 ... 310 17.9 단일복제 플라스미드는 분획시스템을 가지고 있다 ... 312 17.10 플라스미드 불화합성은 복제단위에 의해서 결정되어 진다 ... 314 17.11 미토콘드리아는 어떻게 복제되고 분열되는가? ... 315 17.12 요약 ... 316 18 DNA 복제 18.1 서론 ... 317 18.2 DNA 중합 효소는 DNA를 만드는 효소이다 ... 318 18.3 DNA 중합효소는 복제의 정확성을 조절한다 ... 319 18.4 DNA 중합효소는 공통된 구조를 가지고 있다 ... 320 18.5 두개의 새로운 DNA 가닥은 합성의 다른 방식을 가지고 있다 ... 321 18.6 복제는 헬리카아제와 단일가닥 결합단백질을 요구한다 ... 322 18.7 프라이머 형성은 DNA합성을 시작하기 위해 요구된다 ... 323 18.8 DNA 중합효소 완전효소는 하위복합체로 구성되어 있다 ... 324 18.9 클램프는 DNA와 함께 핵심효소의 결합을 조절한다 ... 325 18.10 지연가닥과 선도가닥의 합성을 조절 ... 326 18.11 Okazaki 단편는 연결효소에 의해 연결된다 ... 328 18.12 분리된 진핵세포 DNA중합효소는 개시와 신장을 책임진다 ... 329 18.13 복제기점에서 복제 포크가 만들어진다 ... 330 18.14 프리모솜은 복제 재시작을 필요로한다 ... 331 18.15 요약 ... 333 19 상동과 부위 특이적 재조합 19.1 서론 ... 334 19.2 절단과 재결합은 헤테로 이중구조 DNA를 필요로한다 ... 335 19.3 이중가닥의 절단은 재조합을 시작시킨다 ... 338 19.4 염색체 재조합은 시냅토네마 복합체에 의해 결합된다 ... 339 19.5 이중가닥 파손 후에 시냅토네마 복합체가 형성된다 ... 340 19.6 RecBCD는 재조합에 필요한 노출된 말단을 만들어낸다 ... 342 19.7 가닥 이동 단백질은 단일 가닥의 융합을 촉진 시킨다 ... 343 19.8 Ruv 시스템이 Holliday 접합을 풀어준다 ... 344 19.9 토포이소머라아제는 DNA에 초나선 구조를 이완시키거나 도입한다 ... 345 19.10 토포이소머라아제는 가닥을 절단하고 다시 봉한다 ... 346 19.11 부위 특이적 재조합과 토포이소머라아제 활성이 닮아있다 ... 347 19.12 파아지 람다의 특이적인 재조합은 특이적인 부위를 포함한다 ... 349 19.13 효모 교배 타입은 재조합에 따라 달라진다 ... 351 19.14 단일방향의 자리이동은 수용체의 MAT 유전자 자리에 의해 시작된다 ... 353 19.15 요약 ... 354 20 수복계는 DNA 손상을 처리한다 20.1 서론 ... 356 20.2 돌연변이성 손상의 두가지 일반적인 형태 ... 358 20.3 대장균의 제거 수복계 ... 360 20.4 메틸라아제와 글리코실라아제에 의해 사용되는 염기 변화 ... 361 20.5 오류-경향 수복(Error-prone repair)과 뮤테이터 표현형 ... 362 20.6 미스매치 수복의 방향 조절 ... 363 20.7 대장균의 재조합-수복계 ... 365 20.8 재조합은 복제 오류를 고치는데 중요하다 ... 366 20.9 진핵세포는 고유의 수복계를 가지고 있다 ... 367 20.10 DNA 이중가닥 절단의 일반적인 수복계 ... 368 20.11 불완전한 수복계에 의해 생긴 돌연변이가 축적되어 종양이 발생 한다 ... 370 20.12 요약 ... 371 21 트랜스포존 21.1 서론 ... 372 21.2 삽입배열은 간단한 유전자 이동 모듈이다 ... 373 21.3 복잡한 트랜스포존은 삽입배열 모듈을 가지고 있다 ... 374 21.4 전이는 복제와 비복제기작으로 발생한다 ... 375 21.5 트랜스포존은 DNA의 재정렬을 유발한다 ... 377 21.6 일반적인 전이의 중간쉉