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분자생물학 통합과정
안덕준 교수
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 석사과정
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 박사졸업
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 석사과정
미국 뉴저지주립대학교 대학원 식품화학과 박사졸업
선문대학교
충남대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 22개 챕터, 105강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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[1강] 분자생물학 오리엔테이션
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분자생물학 개요 및 핵심 원리
• 분자생물학 정의: 생명 현상을 분자 수준에서 탐구하며, DNA, RNA, 단백질을 핵심 구성 요소로 연구하는 학문. • 유전정보 흐름: DNA 복제, RNA 전사, 단백질 번역 과정 및 유전자 발현 조절 메커니즘을 규명. • 응용 및 중요성: 생명 현상 이해를 통한 질병 치료 및 신약 개발에 필수적인 기초 학문 역할. |
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| 1장. 멘델의 세계관 | ||
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[2강] 멘델의 세계관 (1)
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분자생물학 개념완성: 멘델 유전법칙과 염색체설
• 멘델 유전법칙: 분리의 법칙과 독립의 법칙으로 유전 형질의 전달 원리 규명 • 유전의 염색체설: 유전자가 염색체에 존재하여 멘델 법칙의 유전 현상 기전 설명 • 유전자의 연관과 교차: 같은 염색체 유전자의 연관과 교차를 통한 유전적 다양성 확보 기전 |
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[3강] 멘델의 세계관 (2)
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DNA 돌연변이 및 회복 기전
• DNA 돌연변이: 유전적 변이의 원천이자 탈퓨린화, 탈아민화, 티민 이량체 등 DNA 상해 유발 요인 및 기전 이해. • DNA 회복 기전: DNA 중합효소 자체 교정, 3단계 회복 시스템(핵산분해효소, 회복중합효소, 연결효소), 미스매치 회복 시스템의 작동 원리 분석. • 유전적 안정성: DNA 손상 복구로 낮은 돌연변이율을 유지, 생명체 다양성 확보 및 회복 시스템 결함과 암 발생 연관성 학습. |
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| 2장. 유전정보를 전달하는 핵산 | ||
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[4강] 유전정보를 전달하는 핵산 (1)
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유전정보 전달 핵산: DNA 구조와 복제 원리
* 핵산: 뉴클레오티드(염기, 인산, 5탄당)로 구성되며 유전정보를 저장, 전달, 번역하는 DNA와 RNA를 포함. * DNA 이중나선 구조: 역평행성과 상보적 염기쌍(A=T, C≡G) 형성으로 안정성을 유지하며, T2 파지 실험으로 유전물질임이 규명. * DNA 복제 원리: DNA 중합효소와 dNTPs를 사용하여 주형 DNA에 기반하여 5'→3' 방향으로 반보존적으로 합성. |
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[5강] 유전정보를 전달하는 핵산 (2)
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핵산의 유전정보 전달 및 RNA의 역할과 특성
* **핵산 유전정보 전달**: DNA와 RNA의 구조적 차이 및 중심 원리(Central Dogma) 기반 RNA의 유전정보 중개 역할 이해. * **RNA 종류별 기능**: mRNA는 유전정보 전달, tRNA는 아미노산 운반, rRNA는 리보솜 구성으로 단백질 합성 촉진 과정 학습. * **유전 암호 번역 원리**: 코돈-역코돈 상호작용, 리보솜에서의 단백질 합성 메커니즘 및 유전 암호의 특성(시작/정지, 특이성, 축퇴성) 분석. |
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| 3장. 화학결합의 중요성 | ||
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[6강] 화학결합의 중요성 (1)
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분자생물학에서 화학결합의 중요성 및 특징
* **화학결합의 역할:** 강한 공유결합은 생체 분자 골격을 형성하고, 약한 비공유결합은 미세 구조 조절 및 분자 간 상호작용을 매개하여 생체 기능 결정. * **주요 비공유결합:** 수소결합, 정전기적 인력, 반데르발스 친화력, 소수성 상호작용은 단백질 접힘, DNA 복제 등 핵심 생물학적 과정에 필수적. * **결합 특성:** 결합 세기, 결합 길이, 결합각, 회전 자유도 등 물리화학적 특징이 거대 분자의 3차원 구조와 기능 결정에 영향. |
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[7강] 화학결합의 중요성 (2)
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분자생물학: 화학결합의 중요성과 에너지 (2)
* 화학결합 및 에너지 원리: 자발적 결합 형성의 에너지 변화와 자유에너지(ΔG)를 통한 반응 자발성 판단. * 생물계 약한 결합: 반데르발스 힘, 수소결합, 이온결합, 소수성 결합의 종류, 특징 및 생리적 역할. * 분자 상보성 및 약한 결합의 집합적 효과: 분자 표면의 상보적 구조를 통한 고분자 안정화 및 생체 상호작용의 친화력·특이성 결정. |
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[8강] 화학결합의 중요성 (3)
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분자생물학 개념완성: 화학결합의 중요성 (3) - 고에너지 결합
• 고에너지 결합: 가수분해 시 큰 자유 에너지 감소를 통해 에너지 불리 반응과 연계, ATP는 핵심 고에너지 화합물로 에너지 저장 및 전달 기능. • 효소: 활성화 에너지를 낮춰 생화학 반응 속도 조절, 반응 평형에 영향 없이 자유 에너지 변화(ΔG)를 통한 반응 자발성 판단 기준 적용. • 생체 에너지 순환: 광합성은 빛 에너지를 화학 에너지로 전환, 세포 호흡은 유기 분자 산화를 통해 ATP 생산, 산화-환원 반응은 에너지 추출 기본 원리. |
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[9강] 화학결합의 중요성 (4)
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생합성 반응의 고에너지 결합의 중요성
• 생합성 에너지 커플링: 비자발적 생합성 반응(양의 ΔG)을 ATP 고에너지 결합 분해(음의 ΔG)와 연동하여 구동. • 전구체 활성화 과정: 아미노산 펩티드 결합 및 뉴클레오타이드 핵산 합성에 ATP, 피로인산 등의 고에너지 결합 활용. • 핵산 합성 안정화: 뉴클레오시드 삼인산 전구체 사용 및 방출된 피로인산의 가수분해를 통해 반응을 안정적으로 추진. |
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| 4장. DNA 구조 | ||
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[10강] DNA 구조 (1)
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DNA 구조의 다양성과 세부 구성 원리
• DNA 구조: 이중 나선 기반 물리화학적 다양성을 가지며, 뉴클레오티드(당, 인산, 염기)로 구성된 폴리뉴클레오티드 사슬이 유전 정보 저장. • 폴리뉴클레오티드 사슬: 5'-3' 극성을 가지며, 염기는 선호 토토머형으로 안정성 유지, 역평행 가닥은 상보적 염기쌍(A-T, G-C) 형성. • 왓슨-크릭 염기쌍: A-T (2개), G-C (3개) 수소결합으로 형성되며, 염기쌍 중첩이 이중 나선 구조 안정화의 핵심 요소. |
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[11강] DNA 구조 (2)
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DNA 구조의 세부 특징 및 역동성
• DNA 이중나선 구조는 수소결합 및 염기 중첩으로 안정화되며, 오른손 B형 나선과 왼손 Z-DNA, 단백질 인지 기능을 하는 큰 홈을 특징으로 함. • DNA 염기쌍 특이성은 수소결합으로 결정되며, 염기 돌출은 DNA 수선 유동성을, 변성 및 재생은 온도·GC 함량에 따른 구조 역동성을 보여줌. • B형, A형, Z형 등 DNA는 다양한 구조 형태로 존재하며, 원형 DNA는 세균 염색체, 플라스미드 등 생물체에 따라 기능적 차이를 가짐. |
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[12강] DNA 구조 (3)
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DNA 위상학의 이해와 초나선의 역할
• DNA 위상학의 기본 개념: DNA 복제·전사 등 생명 활동에 필요한 고리수, 꼬임, 초나선 조절 원리 및 중요성 • 초나선꼬임의 종류와 역할: 음성 초나선꼬임은 DNA 풀림 촉진 및 자유 에너지 저장, 양성 초나선꼬임은 고온 환경에서의 DNA 안정화 기능 • 뉴클레오솜과 음성 초나선꼬임: 히스톤 단백질과 결합하여 DNA를 왼손 방향 초나선으로 응축, 기능적 음성 초나선꼬임 도입을 통한 DNA 활성 조절 |
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[13강] DNA 구조 (4)
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DNA 구조: 위상이성화효소
* 위상이성화효소: DNA 초나선꼬임 이완 및 고리수 조절 핵심 효소로, I형(단일 가닥 절단)과 II형(이중 가닥 절단, ATP 필요)으로 구분. * DNA gyrase: 원핵생물 특이적 II형 효소로 음성 초나선꼬임 유도; 티로신 잔기 공유결합으로 DNA 절단 및 재결합 기작 수행. * DNA 위상이성체: 고리수 차이로 전기영동 분리 가능하며, 에티듐 이온은 DNA 삽입을 통해 꼬임 및 이동성 변화. |
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| 5장. RNA의 구조와 다양성 | ||
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[14강] RNA의 구조와 다양성 (1)
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RNA 구조와 다양성
* RNA 기본 특성: 리보오스, 우라실 포함 단일 가닥 핵산으로, 3차 구조 형성 통해 유전 정보 전달, 촉매, 조절 등 다양하게 기능함. * RNA 종류 및 합성: mRNA, tRNA, rRNA 등 여러 종류가 DNA 주형으로 전사되며, 각자 단백질 합성 및 유전자 발현 조절에 핵심 역할 수행. * 진핵세포 RNA 가공: 5' 캡핑, 3' 폴리아데닐화, 인트론 스플라이싱을 거쳐 성숙 후 핵 밖으로 수송되며, 단백질 다양성 및 발현 조절에 기여. |
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[15강] RNA의 구조와 다양성 (2)
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RNA를 통한 단백질 합성 메커니즘
* 유전 암호 및 mRNA 코돈: 유전 정보 해독의 기본 원리 및 아미노산 지정 기능 * tRNA 및 아미노아실-tRNA 합성효소: mRNA 코돈과 아미노산을 연결하는 tRNA 역할, 아미노산 활성화 및 정확한 tRNA 부착 기전 * 리보솜 번역 과정: A, P, E 자리에서의 tRNA 이동 및 펩티드 결합을 통한 단백질 신장, 개시 및 종결 코돈에 의한 합성 제어 |
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[16강] RNA의 구조와 다양성 (3)
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RNA의 구조와 다양성
* RNA는 리보오스, 우라실을 포함하는 단일 가닥 핵산으로, mRNA, tRNA, rRNA 외 조절 분자 및 리보자임 역할 수행. * RNA는 줄기-고리, 유사 매듭 등 2차 구조와 3중 염기쌍을 포함한 다양한 3차 구조를 형성하며, 비왓슨-크릭 염기쌍 및 리보스위치로 생물학적 기능 조절. * RNA 이중나선은 DNA A형 구조와 유사하며, 2번 히드록시기 및 홈 구조 특성으로 단백질 상호작용에 특유의 기전이 필요하고 변이-지도법으로 구조 분석. |
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[17강] RNA의 구조와 다양성 (4)
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RNA의 효소 기능과 초기 생명 기원
* RNA 세계 가설: RNA가 유전 정보 저장 및 효소 기능을 동시에 수행하여 초기 생명체 핵심 역할 설명 * 리보자임: RNA의 3차 구조를 활용, RNase P, 망치머리, 펩티드기 전달효소처럼 생체 반응 촉매 * RNA 구조: 리보오스 2'-OH기와 우라실로 DNA와 차별화되며, 촉매 활성 및 정보 저장 기능 수행 |
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| 6장. 단백질 구조 | ||
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[18강] 단백질 구조 (1)
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단백질 구조와 기능 (1)
• 단백질 기본 구조: $\alpha$-아미노산이 펩타이드 결합으로 형성된 폴리펩타이드; 1차 아미노산 서열이 3차, 4차 구조 및 기능 결정. • 단백질 구조 안정화 및 접힘: 수소결합, 정전기적 인력, 소수성 상호작용 등 비공유 결합이 $\alpha$-나선, $\beta$-병풍 2차 구조를 안정화; 자발적 접힘, 변성, 비정상적 접힘은 질병 유발. • 단백질 기능 및 결합 특성: 효소, 구조, 전달, 면역(항체) 등 다양한 생체 기능 수행; 다른 분자와의 선택적·특이적 결합으로 생명 현상 조절. |
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[19강] 단백질 구조 (2)
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단백질 구조의 기초: 아미노산, 펩티드 결합 및 물의 중요성
• 아미노산의 특성: R-그룹에 따른 극성, 크기, 전하로 단백질 구조와 기능이 결정되며, 펩티드 결합은 부분 이중 결합으로 회전이 제한되어 폴리펩티드 사슬을 이룸. • 특별 아미노산의 기능: 글리신은 유연성, 프롤린은 강직성, 시스테인은 이황화 결합 형성을 통해 단백질 안정성과 특정 구조 형성에 기여. • 물의 생체 내 역할: 수소 결합으로 물질 운반, 높은 비열로 체온 유지, 친수성/소수성 효과로 단백질 3차원 구조 형성에 필수적임. |
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[20강] 단백질 구조 (3)
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단백질 구조 및 기능 조절
* 단백질 구조: 아미노산 서열 기반의 1차, 2차, 3차, 4차 위계 구조 및 기능 결정 원리. * 단백질 도메인 및 링커: 기능적 접힘 단위인 도메인과 이를 연결하는 링커의 구조 형성 및 조절 역할. * 단백질 기능 조절: 당화, 인산화 등 번역 후 변형 및 환경, 표적 상호작용에 따른 동적 구조 변화를 통한 기능 최적화. |
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[21강] 단백질 구조 (4)
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단백질의 특수분자 인식 메커니즘
• 단백질의 DNA 서열 인식: GCN4, $\lambda$ 억제자, 아연-집게, LEF-1 등 다양한 단백질이 DNA 큰/작은 홈 및 구조 변화를 활용하여 특정 염기서열에 특이적으로 결합함. • 단백질-단백질 접점 형성: 소수성 표면과 정교한 상호보완적 구조를 기반으로 높은 결합 특이성을 가짐. • 단백질의 RNA 인식: RNA의 다양한 구조적 특성(모양, 기능기)을 인식하는 높은 정교성과 특이성으로 상호작용함. |
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[22강] 단백질 구조 (5)
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촉매 단백질의 작용 원리와 기능 조절
• 효소 촉매 원리: 촉매 단백질은 활성 자리에서 기질과 비공유 결합하여 전이 상태를 유도, 활성 에너지 장벽을 낮춰 생화학 반응을 가속화. • 단백질 기능 조절: 알로스테릭 효소의 다중 결합 부위 조절, 되먹임 억제를 통해 효소 활성을 정교하게 제어. • 가역적 인산화 조절: 단백질 인산화/탈인산화 효소에 의한 인산기 결합 및 이탈로 단백질 구조와 활성을 가역적으로 조절하여 세포 대사를 제어. |
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| 7장. 분자생물학 기법 | ||
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[23강] 분자생물학 기법 (1)
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분자생물학 기법: DNA 조작 및 클로닝 개요
* **분자생물학 기법:** DNA 조작 및 분석을 위해 **제한효소**로 DNA를 절단하고 **전기영동법**으로 분리하며, **잡종화**로 특정 서열을 탐색하는 핵심 원리. * **DNA 클로닝:** 관심 유전자의 대량 증폭을 위해 **제한효소**와 **DNA 연결효소**를 이용하여 **플라스미드**에 DNA를 삽입하고 박테리아를 **형질 전환**시키는 기술. * **DNA 라이브러리:** **유전체 라이브러리**는 세포의 모든 DNA 서열을, **cDNA 라이브러리**는 mRNA로부터 합성된 발현 유전자 서열을 포함하는 클론 집합. |
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[24강] 분자생물학 기법 (2)
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분자생물학 기법: PCR, 염기서열, 핵산 분석
• PCR: DNA/RNA를 신속하게 증폭하여 시험관 내 클로닝, 유전자 지문, 질병 진단 등 분자생물학적 조작에 활용. • 염기서열 결정 및 유전자 발현 분석: Sanger, 2세대, 3세대 염기서열 결정법으로 DNA 서열을 파악하고, DNA 마이크로어레이 및 RNA 염기서열 분석으로 유전자 발현 특징 연구. • 핵산 분석 기술: 겔 전기영동으로 핵산을 크기별로 분리하며, 제한효소로 DNA를 특정 서열에서 절단하여 클로닝 및 유전자 조작에 응용. |
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[25강] 분자생물학 기법 (3)
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핵산 분석 응용 방법: DNA 혼성화, 클로닝, 형질전환
* DNA 혼성화: 상보성 염기쌍 형성 원리로 특정 핵산 서열의 존재, 양, 크기를 탐지 및 분석하는 기술 (서던/노던 블롯). * DNA 클로닝: 제한효소, 연결효소, 벡터를 이용해 재조합 DNA를 생성 및 증폭하여 유전자 조작 및 기능 연구에 활용. * 형질전환: 외부 재조합 DNA를 숙주세포에 도입하고 선별하여 원하는 유전자를 가진 세포를 획득하는 과정. |
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[26강] 분자생물학 기법 (4)
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분자생물학 기법 (4): DNA 라이브러리 및 분석
• DNA 라이브러리: 유전체/cDNA 클로닝으로 전체 유전 정보를 저장하고 특정 유전자를 선별하는 기술. • DNA 합성 및 증폭: 올리고뉴클레오티드 화학 합성으로 유전자 조작 및 PCR 프라이머를 제공하며, PCR은 특정 DNA 서열을 시험관 내에서 증폭하는 핵심 기법. • 뉴클레오티드 서열 분석: ddNTP 기반 사슬-종결법 및 산탄법을 활용하여 DNA 염기서열을 정밀하게 해독하는 유전 정보 파악 기술. |
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[27강] 분자생물학 기법 (5)
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분자생물학 기법: 단백질 분석 (크로마토그래피)
* 단백질 분석의 특징: DNA 대비 복잡한 단백질의 크기, 전하, 모양, 기능 다양성을 고려한 정밀 분리 및 정제 기법의 필요성. * 크로마토그래피 원리: 정지상과 이동상 간 성분별 상호작용(이온 결합, 크기, 친화도) 차이를 이용한 혼합물 분리 및 정성/정량 분석. * 크로마토그래피 종류: 이온교환(전하), 분자 배제(크기), 친화(특이적 결합) 원리에 기반한 단백질 분리 메커니즘 및 유출 전략. |
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[28강] 분자생물학 기법 (6)
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분자생물학 기법 (6) - 단백질 분석 및 서열 결정
• 단백질 분리 및 탐지: SDS-PAGE는 길이 기반 단백질 분리, Western Blotting은 항체 이용 특정 단백질 식별. • 아미노산 서열 결정: 에드만 분해로 N-말단 순차 분석, 직렬 질량 분석법(MS/MS)으로 펩티드 서열 규명, HPLC는 분석물질 분리. • 핵산 분석 비교: 서던 블롯은 DNA, 노던 블롯은 mRNA 탐지, cDNA/유전체 DNA 라이브러리는 발현 유전자/전체 유전체 정보를 제공. |
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| 8장. 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 | ||
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[29강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (1)
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유전체 구조, 염색질, 뉴클레오솜, 진핵생물 염색체
• 유전체 기본 구조: DNA-단백질 복합체인 염색질이 뉴클레오솜을 통해 응축되며, 세포 주기별 형태 변화로 기능 조절. • 진핵생물 염색체: DNA의 효율적 보관, 손상 방지, 유전 정보 전달을 위한 뉴클레오솜 기반 고도 포장 원리 학습. • DNA 기능 필수 요소: 복제기점, 말단소립, 중심절이 DNA 복제, 염색체 분리, 안정성에 핵심 역할 수행. |
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[30강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (2)
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유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 조절 기전
• 염색체 구조 조절: 염색질 구조조정 복합체와 히스톤 꼬리 화학 변형을 통해 유전자 발현을 위한 DNA 접근성 제어. • 진정염색질/이질염색질: 간기 염색체의 응축 및 이완 상태로 유전자 발현을 정밀하게 조절하는 기전. • 세포 기억: 히스톤 수식 및 염색질 구조의 유전을 통해 딸세포에 유전자 발현 양상을 전달하는 핵심 메커니즘. |
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[31강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (3)
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세포분열 주기와 조절 시스템의 이해
* 세포분열 주기: 간기(G1, S, G2)와 M기(유사분열, 세포질분열)로 구성되며, DNA 복제 및 염색체 분리를 통해 세포 증식. * 세포주기 조절 시스템: G1/S, G2/M, 유사분열 검문 지점에서 DNA 복제 완료 및 염색체 분리 정확성 확인. * M기 핵심 기구: 유사분열 방추사는 핵분열, 수축환은 세포질분열을 유도하여 유전 물질과 세포질을 균등 분배. |
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[32강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (4)
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유사분열 방추사 형성 및 염색체 분리
* 유사분열: M기에서 유전 물질의 정확한 분배를 위해 방추사 형성, 염색체 부착 및 분리를 통해 딸핵을 생성하는 핵심 과정. * 방추사 조립 및 염색체 연결: 중심체 복제로 방추사 양극 형성 및 미세소관 동적 불안정성으로 조립, 핵막 붕괴 후 동원체를 통해 염색체 부착. * 자매염색분체 분리 및 핵막 재형성: APC-세큐린 시스템 조절로 코헤신 분해 후 염색분체 분리, 방추사 소실과 핵막 재형성을 통해 딸핵 완성. |
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[33강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (5)
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세포질 분열 및 세포 수와 크기 조절 메커니즘
• 세포질 분열: 유사분열 방추사에 의한 위치/시기 결정, 동물세포 수축환 및 식물세포 격막형성체를 통한 세포 분리, 세포소기관의 효과적 분배 원리. • 세포 수 조절: 세포 예정사를 통한 불필요 세포의 능동적 제거, 캐스페이즈 연쇄 반응에 의한 세포 사멸 기전 및 비가역성 분석. • 세포 분열 및 성장 조절: 마이토젠에 의한 세포 주기 진행 촉진, 성장인자에 의한 세포 성장 유도 등 세포 외부 신호 전달 체계 이해. |
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[34강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (6)
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유성생식의 개요, 이배체와 반수체, 유전적 다양성
• 유성생식 메커니즘: 감수분열을 통한 배우자 형성 및 이배체-반수체 순환으로 염색체 수 조절 및 유전체 재구성 • 유전적 다양성 생성: 교차와 유전적 재조합을 통해 다양한 염색체 조합 형성 및 개체 간 변이성 증대 • 종의 경쟁적 이점: 유전적 다양성으로 환경 적응력 증진 및 해로운 대립유전자 제거를 통한 생존과 진화 촉진 |
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[35강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (7)
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감수분열의 특징과 유전적 다양성 확보 기전
• 감수분열: 이배체 생식선 세포에서 DNA 복제 1회, 세포 분열 2회로 반수체 배우자 4개 생성 및 유전적 다양성 확보. • 유전적 다양성 확보 기전: 상동염색체 접합, 비자매 염색분체 교차, 키아스마타 형성을 통해 유전 정보 재조합. • 감수분열 단계: 제1차 분열 시 상동염색체 분리 및 교차 발생, 제2차 분열 시 자매염색분체 분리로 반수체 세포 완성. |
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[36강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (8)
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유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (8)
* **염색체 구조 및 다양성**: 원핵/진핵 염색체의 형태(원형/선형), 위치(핵양체/핵), 플라스미드 유무 등 유전체 기본 구성 요소 이해 * **유전체 복잡성 및 유전자 밀도**: 유전자 수, 유전자 밀도와 생물 복잡성 간의 역관계 분석을 통한 유전체 특성 파악 * **진핵생물 유전자 구조와 비암호화 DNA**: 인트론, 유전자간 서열(조절 서열, 헛유전자, 반복 DNA) 등 비암호화 서열의 기능과 구성 원리 학습 |
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[37강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (9)
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염색체 복제와 분리: 동원체, 말단소체, 세포 주기
• 동원체, 말단소체, 복제개시점: 진핵생물 염색체의 DNA 복제 개시, 말단 보호, 그리고 정확한 분리를 위한 필수 구조 및 기능 • 세포 주기 및 염색체 분열: G1, S, G2, M기 점검을 통한 DNA 복제와 SMC 단백질(코헤신, 콘덴신)의 자매염색분체 결합 및 응축을 통한 유사분열·감수분열 과정 • 유사분열과 감수분열: 체세포 동일성 유지 및 생식세포 다양성 확보를 위한 염색체 분열(I, II) 과정과 방추사 1가/2가 부착 방식의 차이 |
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[38강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (10)
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뉴클레오솜의 구조와 기능 및 조립 과정
• 뉴클레오솜 구조: 8개 히스톤 단백질 중심에 DNA가 감긴 염색체 응축 기본 단위로, H3-H4 4량체와 H2A-H2B 2량체 순차 조립을 통해 형성됨. • DNA-히스톤 결합: 히스톤의 양전하와 DNA의 음전하가 작은 홈의 수소결합을 통해 염기 서열 비의존적으로 상호작용함. • 히스톤 꼬리 기능: 아미노 말단 꼬리는 화학적 변형으로 뉴클레오솜 기능을 조절하며, DNA의 음성 초나선 구조를 유도하여 유전체 기능 조절에 기여함. |
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[39강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (11)
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고단계 염색질 구조와 뉴클레오솜 조립
* 염색질 고단계 구조: 이질염색질 및 진정염색질 구분, 히스톤 H1과 아미노 말단 꼬리를 통한 30nm 섬유 및 DNA 고리 형성으로 염색질 응축 및 유전자 발현 조절. * 히스톤 변이체 기능: H2A.X는 DNA 손상 수선, CENP-A는 동원체 기능에 특화되어 염색체 특정 부위의 구조와 기능 조절. * 뉴클레오솜 조립 메커니즘: DNA 복제 후 H3·H4 및 H2A·H2B 재조립, 히스톤 샤페론(CAF-1)과 PCNA를 통한 정확한 뉴클레오솜 형성 유도. |
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[40강] 유전체 구조, 염색질 그리고 뉴클레오솜 (12)
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염색질 구조 조절: 뉴클레오솜 동역학 및 변형
* 염색질 구조 조절: 뉴클레오솜-DNA 상호작용 동역학 및 뉴클레오솜 리모델링 복합체를 통한 DNA 접근성 조절. * 뉴클레오솜 위치 고정: DNA 결합 단백질 및 특정 염기 서열 기반으로 조절 부위 접근성을 확보. * 히스톤 꼬리 변형: 아세틸화·메틸화 등 양전하 감소로 염색질 응축 완화 및 DNA 접근성 증진 (HAT, HDAC, HMT 효소 작용). |
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| 9장. DNA 복제 | ||
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[41강] DNA 복제 (1)
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DNA 복제 (1) 개요 및 기본 원리
• DNA 복제 개요: 반보존적 방식으로 복제 기점에서 시작, 복제 분기점을 형성하여 DNA 이중 나선 주형을 바탕으로 새로운 사슬을 합성. • DNA 중합효소 역할: 5'→3' 방향으로 뉴클레오티드를 첨가하여 선도사슬은 연속, 지연사슬은 오카자키 절편으로 불연속 합성. • DNA 복제 정확성: DNA 중합효소의 자체 교정 기능을 통해 높은 정확도로 염기 서열 오류를 제거, 유전 정보 안정성을 보장. |
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[42강] DNA 복제 (2)
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DNA 복제 관여 효소 및 합성 화학
* RNA 프라이머: DNA 합성 시작점 제공, DNA 중합효소는 선도사슬을 연속, 지연사슬을 비연속적으로 복제. * 복제 분기점 조절 단백질: 헬리케이즈는 이중나선을 풀고, 단일가닥 결합단백질은 재결합을 방지하며, 활주 클램프는 중합효소 부착을 유지, 위상이성질화효소는 DNA 꼬임을 해소. * 말단소립중합효소: 진핵세포 텔로미어 신장으로 염색체 말단 보호, 데옥시뉴클레오시드 삼인산이 기질로, 피로인산 가수분해로 DNA 합성 동력 확보. |
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[43강] DNA 복제 (3)
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DNA 중합효소의 기능과 구조, 진행성 특성
* DNA 중합효소: 단일 활성 부위로 dNTP를 정확히 첨가하고 rNTP를 구별하는 촉매적 유연성을 가짐. * DNA 중합효소 구조: 손바닥, 손가락, 엄지 영역이 각각 촉매, 염기쌍 감지, 진행성 유지에 핵심적으로 기여함. * DNA 중합효소 진행성: DNA 주형과의 강한 상호작용으로 유지되며, 높은 뉴클레오티드 합성 효율성을 가능하게 하는 특성. |
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[44강] DNA 복제 (4)
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DNA 복제 과정의 정확성 및 복제분기점 기작
• DNA 복제 정확성: DNA 중합효소의 교정 핵산분해효소 기능과 잘못 짝지음 수선 기작을 통한 DNA 복제 오류 수정 원리. • 복제분기점 DNA 합성: DNA 역평행성에 따라 선도가닥은 연속, 지체가닥은 오카자키 조각으로 불연속 합성되는 기작. • RNA 프라이머 기능: 프리마아제가 합성하는 RNA 프라이머를 통해 DNA 중합효소의 시작점 제공 및 DNA 나선효소와의 협력 과정. |
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[45강] DNA 복제 (5)
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DNA 복제 복제분기점 관련 단백질 기능
* RNA 프라이머 제거: RNase H, 핵산말단분해효소를 통한 프라이머 제거 후 DNA 중합효소와 연결효소가 틈새를 메워 복제 완결. * DNA 헬리카아제와 SSB: DNA 이중나선을 풀어 단일가닥으로 분리하고, SSB가 단일가닥 DNA를 안정화하여 주형 기능 보조. * 위상이성질체 효소: 복제분기점 앞의 양성 초나선을 해소하여 DNA 복제 진행을 가능하게 하는 입체 구조 변화 역할 수행. |
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[46강] DNA 복제 (6)
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DNA 중합효소의 특수화 및 관련 인자
• DNA 중합효소: 유전체 복제 및 수선 핵심 효소로, 원핵 및 진핵세포에서 다양한 특수화된 형태(Pol I, III, α, δ, ε)로 기능하며 교정 기능 보유. • 활주 클램프: 도넛형 구조로 DNA 이중나선을 둘러싸, DNA 중합효소의 진행성을 증대시키고 PCNA(진핵)는 염색질 조립 및 수선 단백질 연결 허브 역할. • 클램프 장전자: ATP 가수분해를 통해 활주 클램프를 DNA에 장전하고 필요 시 제거하며, 중합효소와 결합 자리 중복으로 상호작용 조절. |
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[47강] DNA 복제 (7)
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DNA 복제 분기점에서의 DNA 합성 및 개시
• DNA 복제 분기점 합성: DNA Pol III 완전효소, 헬리카아제, 프리마아제 등 핵심 효소 상호작용을 통한 선도가닥·지체가닥 동시 합성 메커니즘. • 레플리솜 구조 및 조절: 헬리카아제-중합효소, 헬리카아제-프리마아제 상호작용으로 DNA 복제 속도 및 오카자키 조각 길이 조절 원리. • DNA 복제 개시점: 복제자 서열(AT-rich 부위)과 개시인자 단백질 작용으로 DNA 이중나선 분리 및 복제 개시 유도 과정. |
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[48강] DNA 복제 (8)
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DNA 복제 개시: 결합과 풀림, 진핵생물 복제 조절
* DNA 복제 개시: 게시인자 단백질이 복제자 서열에 결합하여 DNA 나선 풀림 및 복제 단백질 모집을 시작. * 원핵/진핵 복제 조절: 원핵생물 DnaA는 직접 풀림 및 활성 조절, 진핵생물 ORC는 ATP 활용 나선효소 장전을 통해 S기 단일 복제를 보장. * 복제자 불활성화: DNA 복제 완료 시 헬리카아제 제거 등으로 복제개시점이 불활성화되어 재복제를 방지. |
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[49강] DNA 복제 (9)
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진핵 세포 DNA 복제 개시 및 조절 메커니즘
* 진핵 세포 DNA 복제 개시: G1기 나선효소 장전, S기 CDK 및 DDK 활성화로 조절, 염색체당 1회 복제를 엄격히 보장. * CDK 및 DDK 조절: G1기 낮은 CDK 농도로 나선효소 장전을 유도하고, S기 높은 CDK 활성으로 복제를 개시하며 신규 장전은 억제. * 진핵/원핵 복제 조절 차이: 복제자 인식 및 나선효소 조립은 유사하나, 진핵은 나선효소 초기 장전, 원핵은 DnaA 개시인자 결합 조절에 중점. |
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[50강] DNA 복제 (10)
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DNA 복제 종결 과정 및 관련 효소
• DNA 복제 종결: 원형 염색체는 제II형 위상이성질체 효소로 딸 DNA 얽힘 해소, 선형 염색체는 말단 복제 문제를 가짐. • 제II형 위상이성질체 효소: 이중가닥 DNA를 절단 및 통과시켜 원형 염색체의 연쇄체 분리 및 선형 염색체 꼬임 해결. • 말단소체 중합효소: RNA와 단백질로 구성된 리보핵산단백질로, 자체 RNA 주형을 이용해 텔로미어 3' 말단을 연장하여 선형 염색체 복제 문제 해결. |
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[51강] DNA 복제 (11)
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DNA 복제 (11) - 말단소체 조절 및 보호 기작
* 말단소체 중합효소: 염색체 말단 신장을 통해 DNA 복제 문제를 해결하고 게놈 안정성을 유지하는 핵심 효소. * 말단소체 길이 조절: 말단소체 결합 단백질의 음성되먹임 조절을 통해 정교하게 관리되는 길이 조절 메커니즘. * t-고리 형성 및 보호: 말단소체 3' 말단의 t-고리 구조화로 DNA 수선 시스템으로부터 보호 및 길이 이중 제어. |
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| 10장. 돌연변이 발생과 DNA 수선 | ||
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[52강] 돌연변이 발생과 DNA 수선 (1)
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돌연변이 발생과 DNA 수선 메커니즘
• 돌연변이 발생: 생물 다양성과 유전 정보 유지를 위한 균형 유지, DNA 복제 오류·화학적 손상·전이인자 삽입이 주요 원인. • 잘못 짝지음 수선계(MMR): 교정 회피 오류 보완, 새로 합성된 가닥의 잘못 짝지음 선택적 수선으로 DNA 복제 정확도 최종 증진. • MMR 가닥 식별: 대장균은 반메틸화, 진핵 세포는 오카자키 조각 간극을 활용하여 새로 합성된 가닥을 구별 및 수선. |
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[53강] 돌연변이 발생과 DNA 수선 (2)
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돌연변이 발생과 DNA 수선: DNA 손상
* DNA 손상 유형: 복제 오류 외 환경 요인에 의한 DNA 변형으로 가수분해, 탈아미노화, 알킬화, 산화, 방사선 조사, 염기 유사물질, 삽입물질이 포함됨. * 주요 염기 변형: 시토신 탈아미노화로 우라실 또는 티민(5-메틸시토신), 구아닌 알킬화 및 산화로 비정상 염기 생성, 자외선 조사로 피리미딘 이량체 유발. * DNA 중대 손상: 이온화 방사선은 DNA 이중 가닥 절단을 유발하며, 염기 유사물질은 복제 오류, 삽입물질은 해독 틀 변이를 통해 돌연변이를 야기함. |
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[54강] 돌연변이 발생과 DNA 수선 (3)
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DNA 손상 수선 및 내성 (단일 가닥 수선 중심)
• DNA 손상 수선 개요: 유전체 안정성 유지를 위해 직접 역전, 염기 절제 수선 (BER), 뉴클레오티드 절제 수선 (NER) 등의 정교한 기작 활용 • 직접 역전: 광회복 및 메틸기전이효소로 피리미딘 2량체, 메틸구아닌 등 손상 염기를 즉시 복구하는 1차적 방어 시스템 • 절제 수선 (BER/NER): 염기 절제 수선은 글리코실라아제로 특정 손상 염기를, 뉴클레오티드 절제 수선은 DNA 이중나선 왜곡을 인지하여 손상 조각을 절제 후 DNA 중합효소가 복구 |
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[55강] 돌연변이 발생과 DNA 수선 (4)
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돌연변이 수선: 재조합 수선과 장애관통 DNA 합성
* DNA 이중가닥 절단 수선: 자매 염색체 활용 재조합 수선으로 정확히 복구하며, 비상동 말단 연결(NHEJ)은 비상 시 직접 연결하나 돌연변이 유발. * 장애관통 DNA 합성: 손상 부위를 장애관통 중합효소로 건너뛰어 복제를 완료하며, 중합효소 교체 및 간극 메꾸기 모델로 진행. * DNA 수선 전략: 정확성 높은 재조합 수선과 생존성 확보 중심의 NHEJ 및 장애관통 합성은 돌연변이 유발성과 DNA 손상 내성을 고려함. |
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| 11장. 분자수준에서의 상동재조합 | ||
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[56강] 분자수준에서의 상동재조합 (1)
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분자수준 상동재조합의 이해와 단계
• 상동재조합 개념: DNA 이중가닥 절단(DSB) 복구 및 유전적 교환을 통한 유전적 변이 제공의 핵심 세포 현상. • 상동재조합 과정: 상동 DNA 정렬, DSB 도입, 가닥 침투 및 이질이중 DNA 형성, 홀리데이 연결부 형성 및 가지 이동 단계로 구성. • 홀리데이 연결부 분리: 가닥 절단을 통해 재조합된 DNA 분자를 교차 또는 비교차 방식으로 재발생시키는 최종 단계. |
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[57강] 분자수준에서의 상동재조합 (2)
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분자수준 상동재조합: 중요 포인트 및 유전적 결과
* **분자수준 상동재조합**: DSB 발생, 가닥 침투, 홀리데이 연결부 형성 및 분리를 통한 DNA 유전적 교환 기작으로 염기서열 비의존적 특징 가짐. * **이중가닥 절단 수선 모델**: RecA 단백질 매개 DSB 수선 경로 설명하며, 홀리데이 연결부 분리에 따른 교차/비교차 산물 결정. * **유전자 변환**: 상동재조합의 핵심 유전적 결과로, DSB 근접 복사 및 이질이중구조 DNA 불일치 수선으로 발생. |
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[58강] 분자수준에서의 상동재조합 (3)
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대장균 상동재조합 단백질 기구 및 조절
• RecBCD 기구: 이중 가닥 절단 DNA 가공, RecA 탑재 지원 및 카이자리 조절을 통한 자가 DNA 보호와 외부 DNA 분해. • RecA 단백질 및 섬유: 단일 가닥 DNA 조립으로 가닥 침투 촉진, 상동성 탐색 및 염기쌍 교환을 통한 삼중 가닥 형성. • RuvAB/C 복합체: 홀리데이 연결부 인지 및 RuvB의 ATP 에너지 활용 가지 이동 촉진, RuvC에 의한 연결부 최종 절단 및 재조합 완료. |
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[59강] 분자수준에서의 상동재조합 (4)
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분자수준에서의 진핵생물 상동재조합
• 진핵생물 상동재조합: DNA 손상 복구, 복제 분기점 재시작 및 감수분열 시 염색체 분리와 유전적 다양성 확보에 필수적인 과정. • Spo11-MRX-Dmc1 기작: Spo11에 의한 DSB 형성, MRX 복합체의 5'→3' 단일 가닥 DNA 절제 및 Spo11 제거, Dmc1에 의한 비자매 상동 염색분체 간 가닥 교환을 통해 진행. • 감수분열 재조합 결과: 염색체 비분리를 방지하고 염색체 배열을 돕는 동시에, 유전적 교환을 통해 다음 세대의 유전자 세트 다양성 제공. |
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| 12장. 자리특이적 DNA 재조합과 전위 | ||
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[60강] 자리특이적 DNA 재조합과 전위 (1)
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자리특이적 DNA 재조합과 전위의 기본 개념 및 효소 기작
* **자리특이적 DNA 재조합:** 특정 DNA 염기서열 간 삽입, 결실, 역위 등 유전체 재배열을 촉진하며 원형 DNA 안정성을 유지하는 생물학적 현상. * **재조합효소 공통 기작:** 세린 및 티로신 효소는 공유결합 단백질-DNA 중간체를 형성하여 외부 에너지 없이 DNA를 절단하고 재연결하는 과정을 수행. * **세린/티로신 효소 기작 차이:** 세린 재조합효소는 DNA 4가닥 동시 절단, 티로신 재조합효소는 홀리데이 접합을 경유하는 2단계 절단 방식으로 DNA 재조합을 촉매. |
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[61강] 자리특이적 DNA 재조합과 전위 (2)
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DNA 전위의 종류 및 기작 이해
* **전위 개념**: 유전인자 이동 현상; DNA, 바이러스 유사 레트로, 폴리-A 레트로 전위인자 유형 분류. * **DNA 전위 기작**: 오려붙이기 경로; 시냅스복합체 형성, DNA 가닥 운반, 비운반가닥 절단 과정으로 구성. * **재조합효소 촉매**: ATP 없이 단백질-DNA 중간체 형성으로 에너지 보존; 세린, 티로신 효소별 고유 기작. |
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| 13장. 전사 기작 | ||
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[62강] 전사 기작 (1)
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04:
05
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전사 기작 개요 (1)
• 전사 기작 개요: DNA 유전 정보를 RNA로 복사하는 핵심 과정으로, RNA 중합효소가 주형 DNA에서 mRNA, rRNA, tRNA 등 다양한 RNA를 합성. • 전사 조절 및 개시: 박테리아는 시그마 인자로 프로모터 인식, 진핵세포는 다양한 RNA 중합효소와 보편 전사인자로 TATA 상자 등 복잡한 조절을 통해 전사를 시작. • 진핵세포 RNA 가공: 핵 내에서 5' 캡 형성, 인트론 제거(스플라이싱) 및 엑손 연결, 3' 폴리아데닐화 과정을 거쳐 성숙 mRNA로 전환 후 핵 밖으로 수송. |
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[63강] 전사 기작 (2)
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27
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RNA 중합효소와 전사 과정의 이해
* RNA 중합효소: 시발체 없이 5'→3' 방향으로 RNA를 합성하며 DNA 복제와 달리 유전자의 선택적, 반복적 전사를 수행하는 핵심 효소. * 전사 과정: 개시, 신장, 종결의 3단계로 구성되며, 진핵생물은 Pol I, II, III 등 다양한 중합효소가 특정 RNA를 전사하여 유전자 발현을 정교하게 조절. * 전사 개시 단계: RNA 중합효소가 프로모터에 결합하여 닫힌/열린 복합체 형성, DNA 가닥 분리 및 초기 RNA 합성 후 프로모터 이탈로 신장 단계로 전환. |
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[64강] 전사 기작 (3)
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세균 전사 기작의 프로모터, 시그마 인자 및 조절
• 세균 전사 개시: **시그마 인자**가 RNA 중합효소를 프로모터(-10, -35 부위)로 유도, **닫힌 복합체**를 **열린 복합체**로 이성질화하여 DNA 풀림 및 전사 시작. • RNA 중합효소 기능: **시발체** 없이 RNA를 합성하며, **피로인산** 및 **가수분해 교정** 기작으로 전사 오류를 수정함. • 전사 조절 및 종결: 중합효소 정지 시 **수리 효소**에 의해 처리되며, **Rho-의존성/비의존성 종결인자**가 RNA 가닥 방출을 통해 전사를 마침. |
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[65강] 전사 기작 (4)
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진핵생물 전사 기작 (4) 핵심 요약
• 진핵생물 전사: RNA 중합효소 II를 중심으로 보편전사인자 및 부수 단백질이 뉴클레오솜 환경에서 유전자 발현을 정교하게 조절. • 개시전복합체(PIC) 형성: TBP의 TATA 요소 인식 시작, TFIIB, TFIIH 등 보편전사인자 순차 결합으로 RNA 중합효소 II 전사 개시 준비. • RNA 중합효소 II CTD 인산화: 전사 개시-신장 전환 및 5' 캡 형성, 이어맞추기, 3' 폴리아데닐화 등 RNA 가공 과정을 조절하는 핵심 기작. |
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| 14장. RNA 이어맞추기 | ||
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[66강] RNA 이어맞추기 (1)
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단백질 합성 핵심 기전과 유전암호 해독
• 단백질 합성 (번역): mRNA의 유전암호 해독 원리 및 코돈 기반 아미노산 지정 과정 학습. • tRNA 및 아미노아실-tRNA 합성효소: 코돈 인지 및 아미노산 결합, 리보솜의 폴리펩티드 사슬 형성 기전 분석. • 단백질 합성 조절: 개시/종결 코돈 및 방출 인자를 통한 과정 제어, 폴리리보솜의 효율적 단백질 생산 원리 이해. |
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[67강] RNA 이어맞추기 (2)
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유전자 발현 조절 메커니즘
* 유전자 발현 조절: DNA-RNA-단백질 합성의 다단계적 과정으로, 전사조절인자가 DNA에 특이 결합하여 RNA 중합효소 활성을 제어하며 오페론, 엔헨서, 염색질 구조 변화를 통해 이루어짐. * 전사 후 조절: RNA 가공, mRNA 안정성, 번역 효율성 및 단백질 변형 등 다양한 단계를 통해 단백질 생산량과 활성을 미세하게 조절함. * 조절 RNA: miRNA, siRNA, lncRNA가 mRNA 안정성, 번역, 염색질 구조를 제어하여 유전자 발현을 통제하고 세포 방어 등 핵심 기능을 수행함. |
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[68강] RNA 이어맞추기 (3)
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mRNA와 tRNA: 번역 기구의 핵심 요소
• mRNA 구조 및 기능: ORF 내 코돈을 통해 단백질 정보를 암호화하며, 원핵생물은 RBS, 진핵생물은 5'캡·코작 서열·폴리-A 꼬리로 번역 조절 및 안정성을 확보한다. • tRNA 역할 및 특징: mRNA 코돈과 아미노산을 연결하는 어댑터 분자로, CCA 3' 말단에 아미노산을 결합시키고 변형 뉴클레오티드를 포함한 클로버 잎 구조로 코돈을 인식한다. • 번역 기구 및 과정: mRNA, tRNA, 아미노아실 tRNA 합성효소, 리보솜의 상호작용으로 폴리펩티드를 합성하며, 원핵생물의 번역 짝지음 현상 등 종 특이적 조절 기전을 포함한다. |
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[69강] RNA 이어맞추기 (4)
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tRNA에 아미노산 부착 및 리보솜 기능
* tRNA 아미노산 부착: 아미노아실 tRNA 합성효소의 정교한 선별·교정 메커니즘으로 tRNA에 정확한 아미노산 결합. * 리보솜 구조 및 기능: rRNA 핵심의 거대 복합체로, 작은 소단위는 코돈 해독, 큰 소단위는 펩티드 결합 촉매. * 단백질 합성 원리: 고에너지 아실결합 에너지를 활용한 펩티드 결합 형성 및 A·P·E 자리와 채널을 통한 분자 이동. |
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[70강] RNA 이어맞추기 (5)
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57:
57
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원핵생물 번역 개시 과정 및 인자 역할
* 원핵생물 번역 개시: mRNA 리보솜 결합자리(RBS)와 16S rRNA 상호작용, N-포르밀 메티오닌 개시 tRNA의 P자리 결합으로 정확한 시작점 확립. * 번역 개시 인자(IF1, IF2, IF3): IF1의 A자리 차단, IF2의 GTPase 활성으로 개시 tRNA 정착, IF3의 리보솜 조기 결합 방지 및 해리 촉진 기능. * 70S 개시 복합체 형성: 개시 인자 방출 후 큰 소단위 결합, A자리 준비로 폴리펩티드 합성 시작 과정 완성. |
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[71강] RNA 이어맞추기 (6)
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진핵생물 번역 개시 과정
• 진핵생물 번역 개시: 5' 캡, 3' 폴리-A 꼬리, 다수 eIFs 관여하며 개시 tRNA가 리보솜 작은 소단위에 먼저 결합하는 과정. • 개시 복합체 형성: eIF2는 개시 tRNA를 P자리에 위치시켜 43S, eIF4는 캡 인식 및 나선효소 활성으로 mRNA 연결하여 48S/80S 복합체 구성. • mRNA 환상 구조: 캡과 폴리-A 꼬리 상호작용으로 mRNA가 둥근 고리 형태를 이루어 번역 효율성 및 재개시를 촉진. |
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[72강] RNA 이어맞추기 (7)
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번역의 신장 및 교정 메커니즘
• 번역의 신장: 아미노아실-tRNA A자리 유입, 펩티드 결합 형성, tRNA 전좌 과정으로, EF-Tu와 EF-G에 의한 GTP 가수분해로 조절됨. • 정확한 아미노산 삽입: 16S rRNA 염기쌍 확인, EF-Tu의 GTPase 활성 조절, tRNA 적응을 포함하는 다단계 교정 메커니즘으로 보장되며, 23S rRNA는 펩티드 결합 형성의 리보자임 기능 수행. • 신장인자 EF-Tu는 아미노아실-tRNA를 A자리로 운반하고 EF-G는 전좌를 활성화하며, 이들의 GTP/GDP 사이클은 EF-Ts의 도움으로 재활성화됨. |
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[73강] RNA 이어맞추기 (8)
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번역 종결 과정 및 리보솜 재사용 메커니즘
• 번역 종결: 폴리펩티드 사슬 합성 중단 및 리보솜 정리 과정으로, 1형 방출 인자가 종결 코돈을 인식하여 가수분해를 통해 폴리펩티드를 방출함. • 2형 방출 인자: GTP 가수분해를 통해 1형 방출 인자를 리보솜에서 분리시키며, 원핵 및 진핵생물 간 인자 역할과 조절 기작에 차이가 있음. • 리보솜 재사용: RRF, EF-G, IF3 등 재사용 인자들이 협력하여 mRNA와 tRNA를 제거하고 리보솜 소단위를 분리하는 순차적 정리 과정임. |
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[74강] RNA 이어맞추기 (9)
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34
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RNA 번역 조절
• 번역 조절 개념: 유전자 발현 조절의 한 형태로, 주로 번역 개시 단계에서 단백질 합성 속도와 효율을 제어하여 외부 자극 반응 및 불완전 단백질 생성 방지. • 세균 번역 조절: RBS 인식 억제, mRNA 구조 변화(RBS 숨김), 리보솜 단백질의 자가저해를 통한 단백질 합성량 조절 방식. • 진핵 생물 번역 조절: eIF2 인산화를 통한 GTP 교환 인자 활성 제어 및 5' 캡 결합 단백질 eIF4E-4E-BP의 인산화/탈인산화 조절 메커니즘. |
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[75강] RNA 이어맞추기 (10)
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08
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분자생물학: RNA 번역 조절 및 결함 mRNA 감시 기구
* 페리틴 번역 조절: IRP-IRE 상호작용으로 철분 농도에 따른 페리틴 합성 기전 파악. * SsrA RNA 기능: 종결 코돈 부재 mRNA에서 리보솜 구제 및 단백질 분해 태그 부착 원리. * 진핵세포 mRNA 감시: NMD, NSD, NGD를 통한 미성숙 종결·논스톱·리보솜 정지 mRNA의 번역 의존적 분해 과정. |
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| 15장. 번역 | ||
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[76강] 번역 (1)
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RNA 이어맞추기 기작 및 복합체
* RNA 이어맞추기: 인트론을 제거하고 엑손을 연결하여 성숙 mRNA를 생성하며, 대체 이어맞추기를 통해 단백질 다양성을 확보하는 진핵생물 유전자 발현 과정. * 인트론 제거 기작: 5'/3' 이어맞추기 자리와 분기점 서열을 인지하여 두 번의 트랜스에스테르화 반응으로 올가미 형태 인트론을 방출. * 이어맞추기 복합체 (Spliceosome): snRNP로 구성되어 이어맞추기 자리 인지 및 RNA의 절단·연결 반응을 촉매하는 핵심 분자 기구. |
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[77강] 번역 (2)
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분자생물학: 이어맞추기 과정의 기작 및 조절
• 이어맞추기 기작: snRNP 복합체 조립, 재배열 및 촉매 작용을 통해 엑손 연결과 인트론 제거 과정을 수행함. • 자가 이어맞추기 인트론: 외부 인자 없이 인트론 자체 제거를 촉매하며, I군은 G 뉴클레오타이드 사용, II군은 올가미 구조 형성으로 구분됨. • 이어맞추기 자리 인식: RNA 중합효소 II와 SR 단백질이 오류(엑손 건너뛰기, 가짜 자리 인지) 방지 및 정확성 증진에 핵심적 역할을 수행함. |
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[78강] 번역 (3)
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RNA 다양화 및 mRNA 수송
* RNA 다양화: 대체 이어맞추기, 엑손 뒤섞기, RNA 편집을 통해 단백질 다양성을 증대하는 생물학적 과정 * RNA 편집: 자리특이적 탈아미노화 및 안내 RNA(gRNA) 기반 우리딘 삽입/결실 기전으로 유전자 발현 조절 * mRNA 수송: 핵-세포질 간 성숙 mRNA의 정교한 이동 과정 및 Ran-GTPase 에너지 조절 원리 |
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| 16장. 유전암호 | ||
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[79강] 유전암호 (1)
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유전암호 (1) 개념 및 돌연변이
* 유전암호 개념: DNA 유전 정보를 아미노산 서열로 번역하여 단백질을 합성하는 법칙으로, 64개 코돈의 퇴화성 및 돌연변이 영향 최소화 원리. * 역코돈 동요: tRNA 역코돈 5' 말단 염기 유연성을 통한 코돈 인식 확장 원리 및 유전 암호의 5'→3' 읽기, 비중첩성, 읽기틀 법칙. * 점돌연변이 유형: 단백질 기능에 영향을 미치는 과오, 넌센스, 틀이동 돌연변이의 정의 및 발생 메커니즘. |
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[80강] 유전암호 (2)
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유전암호 억제 돌연변이 및 보편성
• 유전 암호 억제 돌연변이: 유전자 내 서열 복원 및 유전자 간 tRNA 매개 해독 조절을 통해 돌연변이로 인한 기능 손상 회복. • 유전 암호 보편성: 대부분 생명체에 공통 적용되나, 특정 세포 소기관에서는 예외적 특성을 보임. • 미토콘드리아 유전 암호: UGA 트립토판 코딩, AGA/AGG 종결 코돈 지정 등 표준 암호와 상이하며, 제한된 tRNA는 5' 동요 위치 U 잔기로 해독 기능을 수행. |
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| 17장. 생명의 기원과 초기 진화 | ||
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[81강] 생명의 기원과 초기 진화
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생명의 기원과 초기 진화: RNA 세상 가설과 자가복제 세포
* 원시 지구 유기 분자 형성: 밀러-유리 실험을 통해 아미노산 및 뉴클레오티드 전구체 등 생명 기본 구성 물질 생성 원리 및 과정 규명 * RNA 세상 가설: 리보자임의 효소적, 자가 복제 기능으로 초기 생명 현상과 유전 정보 매개체로서 RNA의 핵심 역할 제시 * 원시 세포 진화: 지질막 원시 세포 내 RNA 유전체의 복제, 성장, 분열을 통한 생명 증식과 다윈적 진화의 기틀 마련 |
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| 18장. 원핵생물의 전사 조절 | ||
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[82강] 원핵생물의 전사 조절 (1)
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원핵생물의 전사 조절 원리
• 원핵생물 전사 조절: 전사 개시 단계에서 RNA 중합효소와 프로모터 상호작용을 활성인자 및 억제인자 같은 조절 단백질이 제어하여 유전자 발현 조절. • 조절 단백질 작용 기전: 다른자리입체성 변화로 닫힌-열린 복합체 전환 제어, 작동유전자 결합을 통한 전사 활성 촉진 또는 차단. • DNA 고리화 및 협동적 결합: 멀리 떨어진 조절 부위 간 상호작용을 가능하게 하여 유전자 발현을 정교하고 민감하게 조절하는 스위치 역할 수행. |
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[83강] 원핵생물의 전사 조절 (2)
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대장균 젖당 오페론 전사 조절 기작
• 대장균 젖당 오페론: CAP 활성인자와 Lac 억제인자가 포도당 및 젖당 환경에 따라 lacZ, lacY, lacA 유전자 전사를 이중으로 조절. • Lac 억제인자: 젖당 부재 시 작동유전자 결합으로 RNA 중합효소의 전사 개시를 물리적으로 차단. • CAP 활성인자: 포도당 부재 시 프로모터 상류에 결합하여 RNA 중합효소 유인 및 전사 활성화 촉진; 나선-회전-나선 DNA 결합 모티프 활용. |
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[84강] 원핵생물의 전사 조절 (3)
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원핵생물의 전사 조절 (3) 심화
* Lac 억제인자·CAP: 다른자리입체성 및 조합조절을 통한 유전자 발현 신호 통합 기전. * 대체 σ 인자: 환경 변화에 따른 RNA 중합효소의 프로모터 인식 전환으로 유전자 발현 조절. * NtrC·MerR 활성인자: NtrC는 RNA 중합효소 변형, MerR은 DNA 비틀림으로 전사 개시 유도. |
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[85강] 원핵생물의 전사 조절 (4)
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05
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박테리오파지 λ 전사 조절 기작
* **박테리오파지 λ 성장 경로 선택:** λ 억제인자와 Cro 단백질이 PR, PL, PRM 프로모터 및 작동 유전자 결합을 통해 용균성/용원성 성장 경로를 선택함. * **λ 억제인자 조절 기작:** 협동적 결합 및 음성 자동 조절로 유전자 발현을 정밀하게 제어하여 용원성을 안정적으로 유지함. * **파지 입자 수 영향:** 세포 침투 파지 입자 수가 용균/용원성 선택에 영향을 미쳐 파지의 생존 전략에 기여함. |
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[86강] 원핵생물의 전사 조절 (5)
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원핵생물 람다 파지 전사 조절
• 람다 파지 용균성/용원성 선택: CII, CIII 단백질 및 PRE 프로모터가 대장균 성장 조건에 따라 초기 유전자 전사 경로를 결정. • 전사 항종결 및 역조절: N, Q 단백질은 종결자를 우회하여 유전자 발현을 연장하고, Int 유전자 발현은 CII 활성 및 RNA 분해로 조절. • 다른자리입체성 조절: Lac 억제인자-알로락토오스, CAP-cAMP 결합과 같이 단백질 구조 변화를 통해 유전자 발현을 정교하게 제어. |
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| 19장 진핵세포의 전사 조절 | ||
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[87강] 진핵세포의 전사 조절 (1)
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진핵세포의 전사 조절 개요 및 특징
• 진핵세포 전사 조절: 이어맞추기, 뉴클레오솜 구조 변화, 다수 조절 단백질, 광범위한 조절 서열 활용으로 정교하고 복합적인 신호 통합 시스템 구성. • 뉴클레오솜 구조 변경: 히스톤 재배열 및 변형으로 DNA 결합 자리 노출/은폐; 증폭자와 차단인자는 DNA 고리 형성을 통해 원거리 유전자 발현 제어. • 유전자 침묵화: 염색질 구조 변화를 통해 광범위한 DNA 부위의 유전자 발현을 억제하는 진핵세포 특유의 조절 기전. |
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[88강] 진핵세포의 전사 조절 (2)
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진핵세포 전사 조절: 활성화 인자의 DNA 결합 및 활성화
* 진핵세포 전사 활성화 인자: DNA 결합 영역과 활성화 부위로 구성되며 전사 활성을 조절. * DNA 결합 영역: 호메오도메인, 아연집게, 루신 지퍼 등은 DNA 큰 홈에 결합; HMG 단백질은 작은 홈 결합 및 DNA 구조를 변형. * 활성화 부위: 명확한 구조 없이 구성 아미노산 기반 유연한 접착성 표면으로 기능. |
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[89강] 진핵세포의 전사 조절 (3)
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진핵세포 활성화 인자의 전사 조절 기작
• 진핵세포 활성화 인자: 전사 장치 유인, 뉴클레오솜 조절자 유인, 개시 및 신장 인자 보충을 통한 전사 활성화. • 증폭자: DNA 고리화를 통해 프로모터와 활성화 인자를 근접시켜 먼 거리 전사 조절. • 차단자: 증폭자 활성 조절 및 염색질 변화 확산 억제로 정교한 유전자 발현 제어. |
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[90강] 진핵세포의 전사 조절 (4)
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04
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진핵세포 전사 신호 통합과 조합 조절
• 진핵세포 신호 통합: 활성화인자들이 협동하여 전사 상승효과를 유발하는 기전 (협동적 DNA 결합, 뉴클레오솜 리모델링). • 조합적 조절: 다수의 활성화인자 및 억제인자 조합으로 진핵세포 유전자 발현의 복잡성과 다양성을 정교하게 조절하는 원리. • 유전자 발현 조절 사례: 효모 HO 유전자와 사람 베타-인터페론 유전자 활성화를 통해 신호 통합 및 조합적 조절의 실제 작용 양상 분석. |
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[91강] 진핵세포의 전사 조절 (5)
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진핵세포 전사 억제 및 신호전달 조절
• 진핵세포 전사 억제: 염색질 응축, 히스톤 변형(탈아세틸화, 메틸화), 활성화인자 결합 방해 및 뉴클레오솜 구조 변경을 통한 유전자 발현 제어. • 신호전달 전사 조절: STAT 및 MAPK 경로를 통해 키나아제와 인산화 과정으로 핵 내 전사 조절인자의 활성을 제어. • 활성화인자 조절 방식: 활성화 부위 노출(Gal4-Gal80) 및 핵 내외 수송(Cactus)을 통해 진핵세포 전사 활성을 정교하게 조절. |
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[92강] 진핵세포의 전사 조절 (6)
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진핵세포 유전자 침묵화와 후생적 조절 기전
• 유전자 침묵화: 이질염색질 형성 및 히스톤·DNA 메틸화를 통해 광범위 유전자 발현을 억제하는 현상. • 후생적 유전자 조절: 돌연변이 없이 유전자 발현 양상이 안정적으로 다음 세대로 유전되는 기전. • 침묵화 메커니즘: 효모는 Sir 단백질에 의한 히스톤 탈아세틸화, 포유류는 DNA 메틸화로 이질염색질 형성 및 응축. |
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| 20장. 조절 RNA | ||
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[93강] 조절 RNA (1)
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조절 RNA의 세균 내 기능 및 메커니즘
• 조절 RNA 개념: 전사 및 번역 수준에서 유전자 발현을 제어하는 핵심 RNA 분자 원리. • sRNA와 리보스위치: sRNA는 mRNA 분해 및 번역을 조절하고, 리보스위치는 특정 분자 결합으로 전사/번역 제어. • CRISPR-Cas 시스템: 반복/스페이서 서열 기반으로 외부 바이러스 DNA/RNA를 표적 파괴하는 세균의 면역 방어 기전. |
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[94강] 조절 RNA (2)
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조절 RNA 종류 및 유전자 침묵화 기작 요약
• 짧은 조절 RNA(siRNA·miRNA·piRNA): RISC 복합체 결합을 통한 표적 mRNA 분해, 번역 억제 및 핵 내 염색질 변형 유도 • 다이서(Dicer)와 가공 기작: dsRNA 및 줄기 고리 구조 절단을 통한 조절 RNA 생성 및 시스(Cis)·트랜스(Trans) 작용 제어 • RdRP와 RNAi 효율성: RNA-의존성 RNA 중합효소 기반 dsRNA 재합성과 되먹임 과정을 통한 유전자 침묵화 신호 증폭 |
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[95강] 조절 RNA (3)
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miRNA 분자의 구조, 생성 과정 및 효소의 역할
• miRNA: 유전자 발현 조절 짧은 RNA로, 머리핀 2차 구조와 종자 잔기를 통해 표적 mRNA에 결합하여 유전자 침묵화 기능 수행. • 드로샤: 핵에서 pri-miRNA를 구조 기반으로 1차 절단하여 pre-miRNA와 다이서 인식용 3' 말단 돌출부를 형성. • 다이서: 세포질에서 pre-miRNA를 길이 기반으로 2차 절단하여 성숙 miRNA를 완성하고 유전자 침묵화를 유도. |
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[96강] 조절 RNA (4)
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작은 RNA에 의한 유전자 발현 침묵화 기작과 방어 역할
• 안내가닥 RNA: RISC 복합체와 아거노트 단백질을 통해 표적 mRNA를 절단하거나 번역을 억제하여 유전자 발현 침묵화 유도. • 작은 RNA의 전사적 침묵화: 염색질 및 히스톤 변형을 유도하며 siRNA 증폭으로 유전자 발현 조절 및 확산. • RNA 간섭(RNAi) 방어: 바이러스, 전위인자로부터 세포를 보호하며, piRNA는 CRISPR과 유사하게 전위인자 방어에 관여. |
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[97강] 조절 RNA (5)
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조절 RNA: lncRNA의 유전자 발현 조절 및 X-불활성화
• lncRNA: 유전자 발현 조절의 핵심 200nt 이상 비번역 RNA로, RNAi를 통한 식물 바이러스 방어 및 유전자 침묵화에 기여. • HOTAIR lncRNA: HoxD 유전자 발현을 트랜스 방식으로 억제하며, PRC2 복합체 유도 및 히스톤 메틸화를 통해 유전자 침묵화 유발. • X-불활성화: 포유류 암컷의 유전자량 보정 기작으로, Xist lncRNA가 시스 방식으로 X 염색체를 불활성화하여 모자이크 개체를 형성하며 Tsix에 의해 조절됨. |
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| 21장. 발생과 진화에서 유전자 조절 | ||
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[98강] 발생과 진화에서 유전자 조절 (1)
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발생과 진화에서의 유전자 조절 (1)
* **발생과 진화 유전자 조절**: 배아 내 유전체 차별 발현 원리, Oct4, Sox2, Nanog 전사 요소의 만능 세포 형성 기여. * **세포 분화 유도 전략**: mRNA 위치 조절, 세포 간 직접 접촉, 신호 분자 확산 기전, 세포 골격 및 연결자 단백질 역할. * **위치 정보 및 형태 형성 물질**: 농도 기울기 기반 세포 운명 결정, 차등 유전자 발현을 통한 세포 분화 유도. |
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[99강] 발생과 진화에서 유전자 조절 (2)
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발생과 진화에서 유전자 조절 전략 (2)
* mRNA 국지적 분포: 특정 mRNA 이동 및 번역 조절로 세포 운명과 유전자 발현을 공간적으로 제어 * 세포 대 세포 접촉: 직접적 상호작용을 통한 유전자 발현 조절 및 세포 분화 결정 * 형태형성 물질 신호전달: 농도 기울기를 통한 장거리 유전자 발현 조절 및 기관 발생 유도 |
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[100강] 발생과 진화에서 유전자 조절 (3)
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초파리 배아 발생에서의 유전자 조절
• 초파리 배아 발생 유전자 조절: 조절 단백질 농도 기울기와 mRNA 국지적 분포를 통해 등배축·전후축 형성 및 조직 분화. • Dorsal 단백질 농도 기울기: Spätzle-Toll-Cactus 신호전달을 통해 핵 내 분포 결정, twist·rhomboid·sog 등 표적 유전자 발현 조절. • mRNA 국지적 분포: bicoid와 oskar mRNA가 전후축에 편재, 3'-UTR과 유도 단백질에 의해 세포 운명 및 극세포 형성 조절. |
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[101강] 발생과 진화에서 유전자 조절 (4)
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초파리 배아 발생 유전자 조절
• 초파리 배아 분절화: Hunchback과 Gap 유전자 조절을 통해 체절 발현 경계를 정밀하게 형성. • Hunchback 단백질 기울기: Bicoid 활성화와 Nanos 억제로 형성되며 Gap 유전자 전사를 억제하여 발현 경계 결정. • Gap 유전자 발현 경계: Hunchback 및 Gap 단백질의 결합자리 수 기반 차등 억제로 형성, eve 유전자 띠 발현 통한 체절화 완료. |
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[102강] 발생과 진화에서 유전자 조절 (5)
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발생과 진화에서 유전자 조절 (5)-호메오 유전자
* 호메오 유전자 개념: 체절별 신체 구조 및 기관 발생을 조절하는 핵심 마스터 조절 유전자. * ANTP, UBX 유전자 기능: 다리, 날개 등 부속지 발생을 제어하며 발현 및 조절 DNA 서열 변이를 통해 절지동물 형태 다양성 유발. * UBX 조절 기전 진화: 항억제 모티프 유무와 표적 유전자 조절 서열 변화가 종별 기능 차이 및 형태적 진화의 핵심 원리. |
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[103강] 발생과 진화에서 유전자 조절 (6)
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유전체 진화와 발생 과정 유전자 조절
* 유전체 진화: 신티니(유전자 세트 보존성)를 통한 진화적 연관성 분석 및 변이 유전자(셀룰로오스, RAG) 특징 이해. * 유전자 차별적 발현: mRNA 위치, 세포 접촉 및 신호 전달, 형태형성물질 농도 기울기에 따른 발생 과정 조절 원리. * 만능성 줄기세포: 유전적 동일성에 기반한 분화 능력과 그 의학적 응용 잠재력 요약. |
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| 22장. 유전체분석 및 시스템 생물학 | ||
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[104강] 유전체분석 및 시스템 생물학 (1)
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유전체 분석 및 시스템 생물학 (1)
* 시스템 생물학: 유전자 조절 회로 네트워크를 다학제적으로 분석하여 생명체 활동 원리 및 진화 동력을 규명. * 음성 자동조절: 유전자 발현의 항상성 유지 및 노이즈 강건성을 확보하여 단백질 수준을 빠르게 안정화. * 양성 자동조절: 활성인자 촉진으로 점진적 발현 축적을 유도하며, 발생 등 느린 생명 과정의 안정적 평형 상태에 기여. |
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[105강] 유전체분석 및 시스템 생물학 (2)
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유전체분석 및 시스템 생물학 2: 조절 회로의 특성
• 쌍안정(Bistability): 신호 제거 후 유전자 발현 상태를 고정, 지속시키는 회로 특성으로, 세포 운명 및 장기적 반응 제어. • 먹임-전진 고리: 유전자 발현 시기를 정교하게 조절하는 3개 노드 네트워크로, 연접 고리는 지속 신호 탐지, 비연접 고리는 짧은 발현 유도. • 진동 회로: 유전자 발현을 규칙적인 주기로 상향/하향 조절, 일주기성 리듬 등 생체 내 주기적 현상 제어 메커니즘. |
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안덕준 교수님
분자생물학 통합과정
