기말고사 예상문제 정리.

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1 기말고사 예상문제 정리

2 (1) 단백질이 아니라 DNA가 유전정보를 운반한다
10.1 유전물질의 발견 (1) 단백질이 아니라 DNA가 유전정보를 운반한다 1928년 그리피스(F. Griffith)는 DNA가 유전물질임을 우연히 발견하였다. 폐렴균은 병원성 S형과 비병원성 R형의 두 종류가 있는데 다당류 성분의 캡슐을 가지고 있는 S형은 매끄러운 모양의 콜로니를 형성하며, 쥐에 주입하면 폐렴을 일으켜 쥐를 죽게 한다. S형의 껍질에 존재하는 다당류가 폐렴을 유발시켜 쥐를 죽게 만든다. 그림 10.2 형질전환물질을 발견한 그리피스의 실험. 폐렴균의 S형은 다당류인 캡슐의 독성 때문에 쥐에 폐렴을 일으켜 죽게 한다. S형의 돌연변이체인 R형은 캡슐이 없어 독성이 없다. 죽은 S형과 살아있는 R형을 섞어 세균에 접종하면 쥐는 폐렴으로 죽는다. 죽은 쥐에서는 살아있는 S형이 발견된다. 따라서 S형에 있는 어떤 물질이 R형을 S형으로 형질전환시킨다.

3 (1) 단백질이 아니라 DNA가 유전정보를 운반한다
10.1 유전물질의 발견 (1) 단백질이 아니라 DNA가 유전정보를 운반한다 1944년 에이버리(O. Avery), 멕레오드(C. MacLeord), 맥카티(M. MaCatty)는 그리피스의 실험을 반복하여 형질전환물질이 DNA 임을 밝혔다. 죽은 S형의 세포내용물을 DNA 분해효소로 처리할 경우 R형을 S형으로 형질전환되지 않았다. 그들은 죽은 S형에서 DNA를 추출하여 살아있는 R형과 함께 쥐에 주입하는 실험을 하여 DNA가 박테리아를 형질전환시킴으로 확인하였다. 그림 10.3 S형의 ‘형질전환물질’은 DNA이다. 형질전환물질을 단백질 분해효소로 처리한 후 살아있는 R형과 함께 쥐에 주입하면 쥐는 폐렴으로 죽었고, 죽은 쥐에서 살아있는 S형이 검출되었다. 그러나 DNA 분해효소로 처리한 경우 형질전환은 일어나지 않았다. 따라서 단백질이 아니라 DNA가 형질전환물질이다.

4 (1) 오페론은 세균에서 유전자 발현을 조절한다
10.5 유전자 발현: 암호의 활동 (1) 오페론은 세균에서 유전자 발현을 조절한다 세포의 특성은 어떤 조건하에서 어떤 유전자가 발현되는가를 반영한 것이다. 세포는 DNA의 정보를 사용하여 단백질을 만든다. 전사(transcription) 과정은 DNA 두 가닥 중 한 가닥의 염기서열을 이용하여 상보적인 RNA를 만든다. 그 다음의 번역(translation) 과정은 RNA의 정보를 사용하여 특수 단백질을 만든다. 중심원리(central dogma) 그림 DNA에서 RNA로, RNA에서 단백질로. 생물학의 중심원리에 따르면, DNA에 저장된 정보가 RNA로 복사되고(전사), RNA를 이용하여 단백질을 합성한다(번역). DNA 복제는 유전정보를 영원히 자손에게 물려주는 것이다.

5 (1) 2개의 상보성 가닥에서 퓨린은 피리미딘과 쌍을 이룬다
10.2 이중나선 (1) 2개의 상보성 가닥에서 퓨린은 피리미딘과 쌍을 이룬다 DNA 뉴틀레오티드에 포함된 염기는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민이다. 아데닌과 구아닌은 2개의 유기 고리 구조를 갖는 퓨린(purine)이고 시토신과 티민은 1개의 유기 고리 구조를 갖는 피리미딘(pyrimidine)이다. 그림 10.8 DNA 염기. 구아닌과 아데닌은 6개의 고리와 5개의 고리를 포함하는 퓨린 유도체이고 시토신과 티민은 6개의 고리를 갖는 피리미딘 유도체이다. 뉴클레오티드에는 염기, 당, 인산이 각각 하나씩 결합되어 있다.

6 (1) 2개의 상보성 가닥에서 퓨린은 피리미딘과 쌍을 이룬다
10.2 이중나선 (1) 2개의 상보성 가닥에서 퓨린은 피리미딘과 쌍을 이룬다 퓨린-피리미딘 쌍을 상보적 염기쌍(complementary base pair) 또는 염기쌍이라 부른다. 상보적 염기쌍은 유전자 기능과 DNA 복제의 기본이다. 그림 10.9 DNA 염기쌍. 퓨린과 피리미딘이 염기쌍을 이루기 때문에 DNA 이중나선은 폭이 일정하다. 아데닌은 2개의 수소결합에 의해 티민과 쌍을 이루고, 시토신과 구아닌 염기쌍 사이에는 3개의 수소결합이 존재한다.

7 (1) 오페론은 세균에서 유전자 발현을 조절한다
10.5 유전자 발현: 암호의 활동 (1) 오페론은 세균에서 유전자 발현을 조절한다 RNA는 리보오스(ribose)와 우라실(uracil)을 갖는 점에서 DNA와 다름 RNA는 DNA가 갖지 않은 효소의 기능을 가질 수 있다. 단백질 합성에 필요한 유전정보를 가지고 있는 전령 RNA (messenger RNA, mRNA) 아미노산을 운반하는 운반 RNA (transfer RNA, tRNA) 리보솜의 구성성분인 리보솜 RNA (ribosomal RNA, rRNA) 만일 세포가 어떤 단백질을 만들고 싶다면 그 유전자의 mRNA 복사본을 합성하기 시작. 어떤 유전자들은 특정 시기에, 특정 세포에서, 필요한 양만큼 발현한다. 그림 DNA와 RNA는 기능과 구조가 다르다. (A) DNA와 RNA는 기능이 서로 다르다. (B) DNA는 이중나선이고 RNA는 보통 단일가닥이다. (C) DNA는 디옥시리보오스를 RNA는 리보오스를 갖는다. (D) 마지막으로 DNA는 티민을, RNA는 우라실을 갖는다.

8 DNA -> mRNA -> amino acid
5’ – CCA AAC TGA TTG CCA ACT TCC CAG TGG CAT – 3’ 전사(Transcription) 3’ – GGU UUG ACU AAC GGU UGA AGG GUC ACC GUA – 5’ 번역(Translation) 5’ – Met Pro Leu Gly Ser Trp Gln Ser Val -3’

9 11.1 DNA 변형과 조작을 위한 분자적 도구들 (1) 유전자를 자르고 붙이기 위해서 제한효소와 연결효소가 이용된다 제한 핵산분해 효소, 제한효소 (restriction enzyme): 박테리아로 침투한 바이러스 DNA를 파괴하기 위해 박테리아의 효소들이 바이러스의 증식을 제한하며, DNA 가닥에서 매우 특이적인 곳을 자르는 것을 발견 역상보성 염기서열(palindrome): 방향을 뒤집어서 읽어도 똑같은 서열을 하고 있는 구조 점착성 말단(sticky end) DNA 연결효소 (ligase)를 첨가해주면 DNA 뼈대에 남아 있는 틈 (nick)을 메워줄 수 있다. 어떤 종류의 DNA들이라도 잘라내어 다른 어떤 종류의 DNA에도 붙임 그림 11.1 DNA 재조합. 제한효소는 DNA의 특정한 염기서열 부위를 자름으로써 󰡐점착성 말단󰡑을 형성한다. (A) EcoRI 효소는 GAATTC 염기서열의 G와 A 사이를 자른다. (B) 이렇게 엇갈리게 자른 모양은 AATT 염기서열로 이루어진 ‘점착성 말단’을 이룬다. (C) 서로 다른 두 종류의 DNA를 같은 제한효소로 자른 다음, 그 조작들을 서로 연결하여 재조합 DNA를 만든다.

10 11.1 DNA 변형과 조작을 위한 분자적 도구들 (2) 역전사효소는 mRNA로부터 DNA를 만든다 잘린 유전체 조각들 중에서 관심 있는 부위를 찾아내는 일은 간단한 일이 아님. 관심있는 단백질에 대한 유전자를 얻는 또 다른 방법은 레트로바이러스 (retrovirus)라고 불리는 일종의 바이러스에서 유래된 매우 특이적인 효소를 이용한다. 이 바이러스는 대부분의 생명체에서 이용되는 이중가닥 DNA 대신 단일가닥 RNA로 이루어진 유전체를 가지고 있다. 역전사효소 (reverse transcriptase)라고 불리는 효소는 단일가닥 RNA를 주형으로 이용하여 DNA 복제할 때와 유사한 방식으로 정확하게 염기서열이 일치하는 이중가닥 DNA를 합성한다. 이렇게 만들어진 DNA를 유전체 DNA와 구분하기 위하여 상보적 DNA (complementary DNA, cDNA)라고 부른다.

11 (2) 진핵세포는 mRNA를 핵에서 변형시킨다
10.6 번역: 코돈에서 아미노산 (2) 진핵세포는 mRNA를 핵에서 변형시킨다 세균과 고세균의 경우 mRNA는 단백질로 즉시 번역된다. 진핵세포의 경우 mRNA가 핵을 떠나 세포질로 이동한 후 단백질 합성이 시작. 진핵세포의 mRNA는 단백질 합성에 사용되기 전에 변형된다. 전사동안 고깔형성 (cap): mRNA의 5’ 끝에 변형된 뉴클레오티드가 형성 mRNA 합성이 완성된 후 폴리 A 꼬리: 개의 아데닌이 3’ 끝에 더해짐 인트론(intron)과 엑손(exon) 그림 mRNA의 성숙과정. 성숙한 mRNA는 여러 단계를 거쳐 만들어진다. 첫째, 유전자를 포함하는 큰 부위의 DNA가 전사된다. 전사 후 5′ 고깔과 3′-폴리 A 꼬리가 첨가되고 인트론은 잘려진다. 마지막으로 성숙한 mRNA가 핵에서 세포질로 이동한다.

12 12.3 바이러스의 세포감염과 증식 (2) 바이러스의 복제 경로는 두 가지이다
1개의 비리온이 감염하여 동시에 수많은 자손을 생산할 수 있고 이러한 전 과정을 바이러스의 복제라 한다. 용균성 감염(lytic infection): 어떤 바이러스는 감염 후 특정 시점에서 세포를 용해하거나 파괴하면서 복제를 시작 용원성 감염(lysogenic infection): 그들이 복제하기 좋은 조건이 될 때까지 숙주세포에 유전물질을 숨겨놓았다가 복제가 가능한 시기에 복제하는 메커니즘이다. 그림 12.7 일반적인 바이러스 복제환.

13 12.3 바이러스의 세포감염과 증식 용균성(lytic) 감염은 바이러스의 유전물질이 숙주세포의 세포질에 들어오면서 시작
(3) 용균성 경로로 복제되는 바이러스들은 세포를 파괴한다 용균성(lytic) 감염은 바이러스의 유전물질이 숙주세포의 세포질에 들어오면서 시작 그림 12.8 용균성과 용원성. (A) 바이러스는 세포에 침입한 후 세포의 효소를 이용해 유전 정보로부터 비리온의 구성 성분을 합성한다. 세포의 용균은 조립이 끝난 바이러스 입자가 세포 내부에서 축적되었을 때 일어나며, 이를 단방출량(burst)이라 한다. (B) 어떤 바이러스는 숙주의 염색체에 들어가 바이러스 DNA를 삽입한다. 여러 세대 동안 어떤 바이러스는 염색체에 삽입되어 남아 있는데 이것을 용원성 감염이라 하며, 주로 세균에서 일어난다. 환경의 변화로 인하여 용원성 바이러스가 세포의 용균을 유도하기도 한다.

14 12.3 바이러스의 세포감염과 증식 (4) 용원성 경로의 바이러스들은 숙주세포의 DNA에 삽입된다 용원성(lysogeny): 바이러스의 DNA가 숙주 DNA에 삽입하여 얼마 동안 ‘숨은(hidden)’ 상태로 남아있는 것 그림 12.8 용균성과 용원성. (A) 바이러스는 세포에 침입한 후 세포의 효소를 이용해 유전 정보로부터 비리온의 구성 성분을 합성한다. 세포의 용균은 조립이 끝난 바이러스 입자가 세포 내부에서 축적되었을 때 일어나며, 이를 단방출량(burst)이라 한다. (B) 어떤 바이러스는 숙주의 염색체에 들어가 바이러스 DNA를 삽입한다. 여러 세대 동안 어떤 바이러스는 염색체에 삽입되어 남아 있는데 이것을 용원성 감염이라 하며, 주로 세균에서 일어난다. 환경의 변화로 인하여 용원성 바이러스가 세포의 용균을 유도하기도 한다.

15 (1) 관다발 형성층은 새로운 물관부와 체관부를 형성한다
14.5 식물의 2기 생장 (1) 관다발 형성층은 새로운 물관부와 체관부를 형성한다 계절에 따른 2기 물관부세포의 크기 차이 때문에 육안으로 볼 때에 고리 모양의 나이테가 생기게 된다(열대지역의 식물들은 나이테를 갖지 않는다). 2기 물관부는 세포의 크기가 큰 춘재에서는 밝게 나타나지만, 세포의 크기가 작은 추재에서는 어둡게 나타나기 때문에 이를 통해 나무의 연령을 측정할 수 있다. 가장 최근에 형성된 나이테는 관다발 형성층에 가장 가깝게 있다. 그림 기 줄기의 구조. (A) 목재는 2기 물관부이며, 수피는 관다발 형성층의 바깥조직 모두를 일컫는다. (B) 토양 수분 함량의 차이로 인한 2기 물관부세포의 크기 차이가 생기고 이는 나이테를 형성한다. 춘재를 이루는 세포들이 추재를 이루는 세포들보다 크다. (C) 나이테의 확대사진.

16 15.1 식물의 생장에 대한 호르몬의 영향 (1) 옥신은 세포 신장과 굴성 등을 조절한다
식물은 환경에 반응한다. 이러한 반응들은 부분적으로 호르몬(hormone)이라는 화학물질들에 의하여 매개된다. 호르몬은 여러 경로를 통하여 환경과 식물유전체 사이의 상호작용을 매개한다. 식물에는 옥신, 지베렐린, 시토키닌, 에틸렌, 앱시스산의 5가지 주요 호르몬이 있다. 동물 호르몬과는 달리 표적세포의 종류가 한정되어 있지 않고, 한 가지의 호르몬이 여러 가지 작용을 동시에 나타낸다(다면성, pleiotropy)

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18 19.3 신경전달물질은 세포와 세포 사이의 정보를 전달하는 역할을 한다
(1) 신경전달물질 및 신경조절물질의 종류

19 (2) 신경전달물질의 처리 신경전달물질이 계속 시냅스에 존재하면, 세포는 계속해서 신경전달물질의 영향을 받는다.
19.3 신경전달물질은 세포와 세포 사이의 정보를 전달하는 역할을 한다 (2) 신경전달물질의 처리 신경전달물질이 계속 시냅스에 존재하면, 세포는 계속해서 신경전달물질의 영향을 받는다. 시냅스 간극 바깥쪽으로 확산되어 없어지거나, 효소에 의해 파괴되거나 또는 재흡수되는 과정을 거침 세로토닌의 결핍으로 우울증  이를 상쇄하기 위해 SSRI(seletive serotonin reuptake inhibitor) 사용 과도한 세로토닌은 잠을 유발. 칠면조에는 트립토판이 많고 이는 세로토닌 합성에 쓰여 결국 잠을 유발 그림 19.8 항우울제의 작용. 우울증에 걸린 환자는 정상인에 비해 세로토닌의 재흡수 등이 과도하게 일어나고 결과적으로 시냅스에 존재하는 세로토닌의 양이 부족하게 된다. SSRI(선택적 세로토닌 재흡수 억제제)는 시냅스로 분비된 세로토닌이 재흡수되는 것을 억제함으로써 시냅스 간극에 존재하는 세로토닌의 효력을 증가시켜 우울증을 치료한다.

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21 선청성 면역 (Innate immunity) 후천성 면역 (Adaptive immunity)
자기, 비자기의 구분 구분함 반응시간 즉각적 느림 특이성 제한적. 다양한 외부 물질에 대해 동일한 반응 높다. 면역반응을 일으킨 물질에 대해서만 반응 기억능력 없음. 연속적인 노출에도 동일한 반응 있음. 동일한 물질에 노출이 되면 반응이 빠르게 반응함.

22 17.5 병약한 상태의 면역계 (2) 자가면역-자신을 공격
면역계는 자신의 세포를 공격하는 자가항체(autoantibody)를 만드는데 이것이 자가면역(autoimmunity)의 원인이 된다. 연소성당뇨병은 항체가 인슐린을 분비하는 췌장 b세포를 공격하기 때문에 생기며, 류머티즘 관절염은 항체가 관절에 존재하는 자기세포를 공격하기 때문에 일어나는 것이다. 다발성 경화증 : myelin sheath 감소 제 1형 당뇨병: 자기면역반응에 의해 이자 속에서 인슐린을 생산하는 랑게르한스 베타 세포가 파괴되어 인슐린에 의한 정상적인 포도당 저장이 불가능해짐 염증성 장 질환

23 17.5 병약한 상태의 면역계 (2) 자가면역-자신을 공격 왜 면역계는 자신을 공격할까?
면역계가 바이러스의 표면에 있는 숙주세포의 단백질을 인식해서 파괴하므로, 그 단백질을 가지고 있는 인간의 정상세포 또한 공격대상이 될 수 있다(인간의 세포 내에서 바이러스가 복제되는 동안에 바이러스는 숙주세포의 표면에 있는 단백질을 빌려서 사용하며, 이것을 바이러스 자신의 표면에 융합시킨다). 흉선에서 T세포가 아예 자기와 비자기를 구별하는 교육을 받지 못했을 수 있다(일반적으로 자기항원을 인식하는 T세포는 세포사멸에 의해 제거, 이런 세포들이 계속 존재할 경우 자신의 조직을 공격할 수 있다). 비자기항원이 자기항원과 매우 유사할 때이다(특정 유전자형을 가진 사람들의 경우 관절에 있는 단백질이 라임병의 원인이 되는 파상균과 유사한 경우가 있다. 이 세균들이 면역계의 공격을 받으면 그 단백질을 가진 관절 또한 공격을 받게 된다).