꼬슬꼬슬 Convergence !!

유전 정보의 저장

 

■ A ,G, T, C

지구상에 존재하는 알려진 모든 생명체의 유전 정보는
A, G, T, C로 표기되는 염기(base)의 배열로 DNA에 저장됩니다.
단 네가지 분자로 다양한 특징을 가진 엄청난 종류의 '생명'을 만들어 냈다고 생각하면 정말 대단 한것 같습니다.
사람도 switch on, off 를 통해 엄청난 일을 하긴 하지만 아직 '자연' 또는 '신'의 영역(?)까진 무리인 듯 합니다^^.

각각 다음과 같이 분류됩니다.

퓨린(purine) 계		피리미딘(pyrimidine)계
A : 아데닌(Adenine)	G : 구아닌(Guanine)	T : 티민(Thymine)	C : 시토신(Cytosine)

■ 코드, 트리플렛코드

DNA를 구성하는 염기의 배열을 코드(code)라 부르고
단백질을 구성할 하나의 아미노산은 염기 3개가 한 조로 이뤄진 트리플렛 코드(triplet code)에 의해 결정됩니다.

DNA 이중 나선(double helix)은 각각의 가닥(strand)이 A-T, G-C의 쌍(pair)으로 상보적결합해 있습니다.

RNA 에는 티민(T) 대신 우라실(U : Uracil)이 존재합니다. 전사(transcription)과정에서 DNA의 A(adenine)에 대해 상보적으로 결합하죠. 

■ 코돈

mRNA(messenger RNA)에서 한개의 아미노산을 지정하는 염기 3개의 배열을 코돈(codon) 이라고 부르며 총 64가지가 있습니다.

■ 안티코돈

또 mRNA 코돈과 상보적으로 결합하는 tRNA의 염기 서열을 안티코돈(anticodon) 이라고 합니다.
아래 왼쪽 그림에서 빨간색이 안티코돈이죠. mRNA로 전해진 정보가 아미노산으로 번역(translation)되는 과정에서 tRNA(transfer RNA)가 지정된 아미노산을 가져오죠.

■ 코돈과 안티코돈이 가지는 의미?

위의 코돈 표를 보시면 서로 다른 코돈이 같은 아미노산을 지정한다는 사실을 눈치 채셨을 겁니다.
그 것이 가지는 의미는 DNA의 정보가 잘못 되거나 전사과정의 오류로 어떤 하나의 염기가 바뀐다해도 아미노산을 합성하는데는 문제가 없는 경우가 생긴다는 것입니다.
예를 들어 발린(val)은 경우 앞의 두 코드 'GU' 만 맞으면 뒤에 뭐가 오더라도 발린으로 지정된다는 것입니다. don't care 인 것이죠.
위의 오른쪽 tRNA 그림을 보시면 안티코돈에 'I'라고 되어있죠?
이노신(Inosine)이라는 놈인데 이 놈덕에 하나의 tRNA가 두 종류 이상의 코돈과 결합 할 수 있습니다.

우리가 학교에서 배웠던 아미노산이 21개이기 때문에 코돈이 4의 3승 만큼 필요하다는 의미 보다는, 자연이 생명이 태어나고 살아가는데 오류를 최소화 하기 위한 장치를 마련해 놓았다는 것이라 생각하면 생명의 기적에 대해 한번 더 깊은 감동을 받을 수 있지 않을까요? 

코돈(codon)과 tRNA의 설계(전 신을 안 믿지만 만약에 누군가 설계했다면...)는 정말 경이롭습니다 ㅋㅋ

정리해 보면 염기들의 배열은 코드, 배열 중 아미노산을 지정할 정보인 염기 3개의 조합은 트리플렛코드, 트리플렛코드와 상보적으로 결합하는 mRNA의 코돈, 코돈과 상보적인 안티코돈이 되겠습니다. 그리고 트리플레코드와 안티 코돈은 같을 수도 다를 수도 있겠지요.(don't care가 있기 대문에 ^^)

이전에 썼던 '유전 정보 전달의 중심설(Central dogma)' 에서 소개했던 과정에서 나오는 유전 정보를 가진 녀석들을 제가 아는 만큼 소개했습니다. 더 중요한 이야기가 있다면 공유 부탁드려요^^

The Inner Life of the Cell

세포 안에서는 어떤 일들이 일어날까요??
점점 글 쓰기가 어려워 Youtube에서 또 자료를 퍼왔습니다.
핑계겠지만 직장인이 된 후 글을 정리해가면서 쓰기가 무척 어렵네요ㅠㅠ

아마도 이정도 영상이면 책 한권을 8분짜리 애니메이션으로 압축한 정도라고 생각합니다.
세포가 세포사이를 움직이는 모습
세포 내에서 유전자 발현의 산물인 단백질이 이동하는 모습
그냥 둥둥 떠다니는 것이 아니군요^^
그리고 세포간에 물질이 이동하는 모습 등등
세포 소기관들도 잘 묘사되어있습니다^^

감상하시죠~
3학년 임상의공학 시간에 이 영상을 봤던 기억이 나네요^^

세포 분열과 세포주기

세포의 분열과 세포주기에 대한 영상입니다.
세포는 다양한 모양과 기능을 하고 있습니다. 세포가 바로 나 자신이라고 볼 수 있을까요?
세포는 영원히 살지 못합니다.
하지만 참 다행이도 세포는 세포 분열을 통해 재생산됩니다.

갑자기 학교에서 선배님께서 던진 물음이 생각나네요.
개체가 죽으면 세포도 죽은 것인가?
세포가 죽으면 개체도 죽은 것인가?
사람이 죽어도 손톱은 자라고, 매일매일 몸속의 세포는 죽어나가지만 사람은 살아 있습니다.
참 신기하지요.

세포의 구조와 기능

세포의 구조와 기능에 대한 제 설명이 부족한 것 같아
Youtube에서 자료를 하나 퍼왔습다.
영어지만 천천히 보고 들어봅시다.^^
저의 딱딱한 설명 보다는 훨~씬 나은 것 같네요.

세포의 구조와 기능

모든 생물체는 세포로 이루어져 있습니다.
세포는 생물체의 구조적, 기능적 기본 단위 입니다.
분자생물학에 접근하기 위한 조금 큰 부분이라고 생각하시면 편할 것 같습니다.
A,G,T,C의 서열로 이루어진 유전자가 발현되는 과정은 이 세포 속에서 이루어 지며,
그렇게 발현된 유전자가 기능을 하게 되는 것은 각 소기관의 기능을 통해 단백질이 합성되고 운반되어 세포내에서 작용하거나 또는 세포외로 분비되어 작용하는 것이지요.

저는 세포가 어떤 스위치를 켜고 끌 수 있는 물질들을 만들어내서
원하는 시간, 원하는 위치에서 그 스위치를 작동 시키는 물질이 작용할 수 있도록 하는 일이 벌어지는 곳이라는 생각이 듭니다.
그래서 생물체의 기능적 기본 단위 이겠지요??

(그림 출처 : http://www.dvbiology.org/biologyweb/cells/bcells1.htm)

(그림 출처 : http://www.dvbiology.org/biologyweb/cells/bcells1.htm)

 

아래는 세포 소기관의 기능입니다.
각각의 기관의 역할을 통해 세포의 생활사가 진행되고 세포 상호간의 정보 전달과 그에 따른 반응이 일어납니다.

핵(Nucleus)
세포 활동의 중심으로 세포의 증식과 유전에 관여

핵막(Nuclear membrane) : 2중막으로 핵공이 있어 세포질과 핵 사이의 물질 출입

염색사(Chromonema) :  DNA와 단백질로 구성되어 있으며, 보통 때에는 실 모양으로 퍼져 있다가 세포가 분열할 때에는 일정한 크기와 모양을 가진 염색체를 형성

인(nucleolus) : 막성 구조물이 아니며 RNA와 단백질로 구성되어 있고 리보솜 합성에 관여하고 간기에만 관찰됨

 

 미토콘드리아(Mitochondria)

외막과 내막의 2중막으로 되어 있으며, 내막이 여러겹으로 겹쳐져 있는 주름진 구조로 된 크리스타를 이룸

호흡 효소가 존재하여 영양소에 들어 있는 화학 에너지를 세포가 이용할 수 있는 ATP 에너지로 전환하며, DNA가 있어 스스로 증식 가능

 

 세포막(Cell membrane)

구성 성분 : 단백질과 인지질로 구성

유동 모자이크 모델 : 인지질 2중층에 단백질이 곳곳에 모자이크 모양으로 파묻혀 있거나 관통하고 있는 구조이며 세포막을 통한 물질의 수송이나 세포 융합 과정을 설명하는데 적합

기능 : 선택적 투과성이 있어 물질의 출입을 조절

 소포체(Endoplasmic Recticulum)
전자 현미경으로만 관찰되며 소포체의 막의 일부는 핵막과 연결되어 있어 세포내의 물질을 수송하는 통로 역할을 한다.

조면 소포체(Rough ER) :  리보솜이 붙어 있으며 리보솜에서 합성한 단백질을 세포의 다른 부위로 운반하거나 골지체로 보낸다.

활면 소포체(Smooth ER) : 콜레스테롤과 같은 지질의 합성과 수송에 관여한다.

 

 리보솜(Ribosome)

단백질과 RNA로 구성되어 있으며 핵에서 전달되는 유전 정보에 따라 단백질을 합성

소포체에 부착되어 있거나 세포질에 흩어져 있음

 

 골지체(Golgi apparatus)

소포체에서 운반되어 온 물질을 막으로 싸서(vasicle) 과립의 형태로 세포 밖으로 분비

분비 작용이 활발한 세포에 특히 발달

 

 리소좀(Lysosome)

골지체로부터 만들어지며 백혈구에 많이 있음

가수 분해 효소가 있어 세포 내 소화 또는 늙거나 손상된 세포를 분해

 

 중심립(Centriole)

주로 동물 세포에서 관찰되며, 핵 근처에 한 쌍이 서로 직각으로 위치

세포 분열시 양극으로 이동하여 성상체를 형성하고 여기서 방추사가 발달하며,

섬모나 편모의 분화에 관여


아래는 식물세포에서만 관찰되는 세포소기관입니다.
 

 엽록체(Chloroplast)

식물세포에만 있으며 2중막으로 구성
틸라코이드가 겹쳐진 그라나와 기질인 스트로마로 구성
그라나에서는 광합성 색소에 의해 빛에너지가 화학 에너지로 저장되고, 스트로마에서는 광합성 효소에 의해 CO2를 고정하여 포도당을 합성하며 DNA가 있어 스스로 증식 가능.

 세포벽(Cell wall)

식물 세포 에서만 볼 수 있으며 세포의 형태 유지와 식물체를 지탱하는데 중요한 역할

용매과 용질을 모두 통과시키는 전투과성 막

 액포(vacuole)

주로 식물세포에서 관찰되며, 당, 무기 염류, 유기산, 안토시아닌 색소, 노폐물 등이 녹아 있는 세포액을 포함

과학자들은 DNA가 유전 물질이라는 것을 어떻게 알게 되었을까요?
1940년에 초까지도 과학자들은 유전물질이 무엇인지 잘 몰랐습니다. 단백질 같은 복잡한 물질이 유전 물질일거라고 추측했기 때문에 4종류의 염기 (A,G,T,C)로만 이루어진 DNA가 유전 물질일 것이라고는 생각하지 못했죠.

DNA가 유전 물질이라는 것을 알게 해주는 몇 가지 실험을 소개 해드립니다.
사실 고등학교 교과서에 다 나오는 것이지만 다시 한번 기억을 떠올려보죠^^

■ 그리피스의 실험 (Fred Griffith's experiment)
   1928년 그리피스는 비병원성균인 R(Rough)형 균과 병원성균인 S(Smooth)형 균을 이용한 실험을 했습니다.
   실험 중 쥐에 살아있는 R형 균과 가열 살균한 S형 균을 함께 주사했을 때, 쥐가 죽는 것을 보고 S형 균의 어떤 물질이 R형균의 형질을 S형 균으로 전환 시켰다고 생각했습니다.
   그리스피는 이 실험을 통해서 형질전환 현상(Transformation)을 보여 줍니다.
 

그리피스의 실험

 

(그림 출처 : ko.wikipedia.org)

■ 에이버리 실험 
  1944년 에이버리(O. T. Avery), 맥리오드(C. McLeod), 맥카티(M. McCarty)는는 열 처리한 S형 균의 세포 추출물을 여러 분해 효소로 처리한 후 R형 균과 함께 쥐에 주사했더니 DNA 분해 효소로 처리한 쥐만 살아남은 것을 보고 DNA가 유전 물질임을 증명했습니다.

 

 

(그림 출처 : http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=149)

■ 허시-체이스 실험 (Hershey-Chase experiment)
  1952년 허시(Alfred Day Hershey)와 그 제자 체이스(Martha Chase)는 DNA와 단백질 중 어느 것이 유전 물질인지를 가리기 위해 실험을 했습니다.
  이 실험은 단백질에는 황(S)은 있지만 인(P)은 없고, DNA는 인(P)은 있지만 황(S)이 없다는 사실에서 시작했습니다.
  방사선을 내는 '35S'와 '32P'를 사용하여 단백질과 DNA를 구분합니다.
  각 실험 군의 박테리오파지에 한 쪽에는 '35S'를 다른 한쪽에는 '32P'를 표지하여 대장균에 감여 시킵니다.
  이때 박테리오파지가 대장균에 자신의 유전 물질을 넣기에는 충분하지만 대장균을 깨고 나오는기에는 짧은 시간에 원심 분리하여 대장균과 대장균에 붙은 물질을 분리합니다. 결과 대장균 내에서는 '32P'가 검출 되었고 이 것을 통해 유전 물질이 DNA라는 것이 증명 됬습니다. 

 

(그림 출처 : http://en.wikipedia.org/wiki/Hershey%E2%80%93Chase_experiment)

위와 같은 실험들로 DNA가 유전 물질임이 밝혀 졌습니다.
A,G,C,T 단 네 가지 분자로 이루어진 DNA가 복잡하게 움직이고 사고까지 하는 생명체의 정보를 담고 있는 것이 기적같지 않나요??
우리가 항상 접하는 컴퓨터도 매우 복잡한 화면을 표현하는데는 스위치의 켜짐과 꺼짐의 단 두가지 상태의 조합으로 이루어 집니다.
어떤 복잡한 것을 표현하기 위해서 반드시 복잡한 언어가 필요한 것은 아닐지도 모르겠네요.

  분자생물학(Molecular biology)은 이제 생명과 관련된 대부분의 분야에서 땔레야  땔 수 없는 분야가 된 것 같습니다.
분자생물학의 발달로 pathogene이나 oncogene에 대한 연구들이 이루어지고 있습니다.
그 결과 체외로부터 병원체의 침입에 의한 질병이나 생활습관이나 환경에 의한 체내에 내재된 질병의 발현에 대한 치료법과 예방법의 개선이 되어가고 있습니다.

  미국의 경우는 한 사람의 유전자를 분석해서 그 사람이 잠재적으로 발병할 수 있는 질병에 대한 정보를 제공하기도 합니다.
이것을 더 깊게 보면 그 사람의 생활 습관을 컨설트 해줄 수 있는 서비스라고 해야할까요?
물론 걸리지도 않을 병에 걸린 것 처럼 생각하는 부작용도 크겠지만요. 이런 문제들은 교육을 통해 해결 될 수 있을 것이라 생각합니다.

그리고 저는 real-time PCR을 통해 pathogene을 검출하는 시약을 만드는 회사에서 일을 하고 있습니다. 분자생물학 덕분에 생길 수 있었던 회사입니다.

  부전공으로 의생명공학을 하면서 참 많은 것을 배웠는데 저도 이제 조금씩 잊어가네요.
더이상 잊지 않기 위해서 중심설(Central dogma) 부터 시작합니다.!

  중심설을 말 그대로 '설'입니다. 누군가 더 획기적인 이론을 제안한다면 바뀔 수도 있겠지요.
하지만 아직까지는 이 중심설이 크게 흔들릴 기미는 보이지 않습니다.
아래 그림과 같은 경로로 유전 정보가 전달되는 것입니다.

  유전 정보는 DNA->RNA->단백질의 순서로 전달됩니다. 즉, DNA를 주형으로 mRNA를 합성하고 이 mRNA의 정보로 단백질이 만들어져서 눈에 보이거나 또는 눈에 띄지 않는 형질을 발현 하게 됩니다.

  또 세포분열 때 자기복제를 통해 유전 정보가 전달 됩니다.

이런 유전 정보를 이루고 있는 것은 단지 4개의 분자 (A, G, T, C)에 불과 합니다. 컴퓨터가 정보 정달을 위해 문자 두 개(0과 1)를 사용한다면 생명체는 문자 네 개를 사용한다 정도로 비유할 수 있겠습니다.

  역전사는 특이한 경우로 예를 들면 감기 바이러스가 체내에 침입했을 때 자신이 가진 RNA를 주형으로 DNA를 만들어내고 그 DNA를 단백질로 발현 시켜 우리를 괴롭힙니다.

  사실 이번 포스트만 봐서는 잘 감이 안 오실 겁니다. 왜냐하면 이것은 가장 높은 봉우리에서 '분자생물학'이라는 숲을 바라본 것이기 때문입니다. 저 위의 단순한 그림 속에 엄청난 것들이 숨어 있습니다. 틈틈히 포스트하도록 하겠습니다!