추천글 : 【분자생물학】 변리사 2차 분자생물학 기출문제 풀이
a. 중심학설
b. DNA 테크놀로지
문제 1. 대장균은 아미노산인 트립토판 생합성 관련 유전자의 발현 조절 체계인 trp 오페론을 갖고 있다. 이 trp 오페론은 억제인자(repressor)와 전사약화(attenuation)에 의해 조절된다. 다음 물음에 답하시오.
⑴ 1-1. trp 오페론의 음성적 조절(negative regulation) 과정을 억제인자의 분자적 구성의 변화를 포함하여 설명하시오.
○ trp 조절유전자(trp R)에 의하여 trp 억제물질은 trp과 결합하여 작동부위에 붙는다. 그 결과 trp가 존재함으로 인해 trp 합성 유전자의 발현이 억제된다.
⑵ 1-2. trp 오페론에서 억제인자에 의한 음성적 조절뿐만 아니라 전사약화 조절이 작용하는 것의 장점을 설명하고, 세포 내 트립토판의 많고 적음에 따른 전사약화 기작을 설명하시오.
Figure. 2. trp 오페론의 선도펩티드 mRNA 서열
○ trp가 부족한 경우 : RNA pol이 4번까지 전사를 해도 trp tRNA가 부족하여 trp 유전암호 번역 속도가 느림 → 리보솜이 1번 서열에 위치 (선도펩티드 합성 중) → 2번과 3번이 헤어핀 형성 → RNA 중합효소와의 거리가 멀어 내재적 종결자에 의한 전사 종결기작이 일어나지 않음 → trp mRNA 2가 생성
○ trp가 풍부한 경우 : RNA pol이 4번까지 전사를 하면 번역속도가 빨라 리보솜이 1-2 서열에 위치 → 3번과 4번이 헤어핀 형성 → 전사 종결 (내재적 전사종결) → trp mRNA 1이 생성
○ trp이 전무한 경우 : RNA pol이 4번까지 전사를 해도 mRNA에 결합한 리보솜이 전무 → 3번과 4번이 헤어핀 형성 → 전사 종결 (내재적 전사종결) → trp mRNA 1이 생성
Figure. 3. trp 오페론의 감쇄조절기작에서 헤어핀 형성
⑶ 1-3. 전사약화 기작은 진핵생물에서는 관찰되지 않는다. 그 이유를 설명하시오.
○ 전사약화 기작은 머리핀(hairpin-oligo-U 구조)을 형성하여 전사를 종결시키는 내재적 종결자를 전제로 한다. 하지만 이는 원핵생물 종결자이고, 진핵생물의 경우 폴리 A 형성 신호서열(5'-AAUAAA-3')에 반응하여 전사가 종결되므로 전사약화 기작이 일어날 수 없다.
문제 2. 유전암호(genetic code)는 다음과 같다.
Figure. 4. 코돈표
아래의 RNA 가닥은 개시 tRNA(initiator tRNA)가 결합하는 암호화(code) 영역을 포함하고 있다. 다음 물음에 답하시오. (단, 단백질 변형과 인트론은 고려하지 않는다.)
5'-GAUUGACGUAUACCAUGGACCAGAGGUGGUAGGUAACC-3'
⑴ 2-1. 리보솜의 A site에 첫 번째로 결합하는 tRNA가 운반하는 아미노산은 무엇인지 제시하고, 그 근거를 쓰시오.
○ 개시코돈은 리보솜의 P site에 결합하므로 개시코돈 바로 다음의 코돈이 리보솜의 A site에 첫 번째로 결합한다. 따라서 GAC에 해당하는 아스파르트산이다.
⑵ 2-2. 열린 해독틀(ORF)의 길이는 몇 개의 뉴클레오타이드인지 제시하고, 그 근거를 쓰시오.
○ 열린 해독틀(open reading frame; ORF)은 종결코돈을 포함하지 않는다. 즉, AUG에서 시작하여 UAG 전의 코돈까지 15개의 뉴클레오타이드가 열린 해독틀의 길이이다.
⑶ 2-3. 이 RNA의 ORF에서 사용된 코돈별 아미노산을 지정하고, 암호화하고 있는 단백질의 아미노산 서열을 단일문자(one-letter) 약어로 제시하시오. 이 아미노산 서열에서 비극성 곁사슬을 가지고 있는 아미노산의 종류와 개수를 제시하시오.
Table. 1. 아미노산 one-letter symbol
○ 단백질의 아미노산 서열 : M-D-E-R-W
○ 비극성 곁사슬 아미노산 : M (Met), W (Trp). 2개
문제 3. 단백질 "A"가 특정 유전자의 프로모터(promoter)에 존재하는 "B" 서열의 DNA에 특이적으로 결합한다는 가설을 입증하고자 한다. 다음 물음에 답하시오.
⑴ 3-1. 이 가설을 입증하기 위하여 사용할 수 있는 2가지 실험의 이름과 원리를 기술하시오.
○ 전기영동 이동성 변화분석(EMSA) : 전사인자와 프로모터가 결합하면 전기영동 이동성이 떨어지는 원리를 이용한다.
○ 유전자 지문법(footprinting assay) : 단백질과 결합하는 유전자는 전기영동 상에서 사라진 것으로 나타난다.
⑵ 3-2. 이 가설이 참이라고 할 때, 문제 ⑴에서 기술한 2가지 실험의 과정 및 예상되는 결과에 대하여 설명하시오.
○ 전기영동 이동성 변화분석(EMSA)
Figure. 5. 전기영동 이동성 변화분석
○ 전제 : 위가 음극, 아래가 양극이므로 DNA는 위에서 아래로 이동. (-)는 probe만 이동시킨 경우
○ a의 해석 : A 단백질과 B 단백질은 probe와 결합. A와 B는 probe를 낀 채로 결합 (단둘이만 결합할 수도 있음)
○ b의 해석 : C 단백질과 D 단백질은 probe와 결합. C와 D는 서로 결합하지 않음
○ c의 해석 : E 단백질은 probe와 결합. F 단백질은 probe와 결합하지 않으나 E 단백질과는 결합
○ 유전자 지문법 응용
⑶ 3-3. 리포터 유전자와 "B" 서열을 포함하는 프로모터를 이용하여 단백질 "A"와 "B" DNA 서열과의 결합이 유전자의 발현을 촉진함을 입증하는 실험의 과정 및 결과에 대하여 설명하시오.
○ 1st. 전사인자의 유전자를 두 부분, DNA 결합 부위와 전사 활성화 부위로 분리
○ 2nd. 미끼(bait) : 단백질 X + DNA 결합 부위
○ 3rd. 먹이(prey) : 결합 여부를 알고자 하는 단백질 + 전사 활성화
○ 4th. 두 잡종 단백질이 서로 상호작용하여 결합 시 먹이가 리포터 유전자 발현 유도
○ 리포터 유전자 예 : GPF 단백질
문제 4. 노던블랏(northern blot) 실험 수행 결과 "A"라는 유전자의 mRNA의 길이는 3,000 뉴클레오타이드임을 알았다. 동물세포에서 이 유전자의 기능을 연구하고자 cDNA library를 스크리닝하여 "A" mRNA의 cDNA를 확보하였다. 다음 물음에 답하시오.
⑴ 4-1. 확보한 cDNA의 염기 서열을 분석한 결과, 개시코돈을 포함하는 5' 말단(5'-end) 서열이 없는 것을 발견하였다. PCR 방법을 이용하여 개시코돈 및 종결코돈을 포함하는 전장 cDNA(full-length cDNA)를 얻는 방법을 기술하시오.
○ cap trapper method : 5' cap 부분을 biotinylation하는 방법
○ oligo capping method : 5' cap 부분을 RNA oligonucleotide로 대체하는 방법
⑵ 4-2. 위의 전장 cDNA를 동물발현벡터(mammalian expression vector)에 클로닝하고, 동물세포에서 발현시킨 결과 약 77 kDa의 단백질을 얻을 수 있었다. 이 단백질의 크기로부터 예상되는 mRNA의 길이는 "A" 유전자의 mRNA 길이와 차이가 있다. 이에 대한 이유를 기술하시오.
○ 진핵세포 pre-mRNA는 비번역부위인 인트론이 존재하고 RNA processing 과정에서 mRNA 내 인트론 부위는 제거된다. 그 결과 더 짧아진 성숙 mRNA가 된다.
입력: 2021.01.01 13:02
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