【분자생물학】 2013년 제50회 변리사 2차 국가자격시험

2013년 제50회 변리사 2차 국가자격시험

 

추천글 : 【분자생물학】 변리사 2차 분자생물학 기출문제 풀이 

---

a. 중심학설

b. DNA 테크놀로지 

---

 

문제 1. bacteriophage λ는 대장균(E.coli) 세포 속에 들어가 용균(lysis) 또는 용원(lysogeny) 방식으로 번식할 수 있다. 다음 질문에 답하시오.

 

⑴ 1-1. 용균성 번식(lytic growth)과 용원성 번식(lysogenic growth)을 각각 정의하시오.

 

○ 박테리오파지는 박테리아를 숙주 삼아 증식할 수 있다.

○ 용균성 번식이란, 박테리오파지가 숙주를 파괴하면서 증식하는 방식이다.

○ 용원성 번식이란, 박테리오파지의 DNA가 숙주 DNA 내부에 계속 남아 있으면서 증식하는 방식이다.

 

⑵ 1-2. 용균성 또는 용원성 번식의 결정은 cⅠ(λ repressor)과 cro 단백질의 경쟁에 기인한다. 어떠한 분자기작(molecular mechanism)을 통해 이루어지는가를 프로모터(P_L, P_R, P_RM) 등을 포함한 유전자 배열 그림을 그려 자세히 설명하시오.

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. 용균성 번식과 용원성 번식을 조절하는 선택적인 유전자 발현 양상

 

○ 용균성 번식과 용원성 번식은 두 개의 유전자(cⅠ, cro)와 세 개의 프로모터(P_R, P_L, P_RM)로 조절된다.

○ 용균성 번식에서의 유전자 발현 양상

○ 1^st. cro로부터 생성된 단백질이 P_RM 내에 있는 O_R3에 결합하여 cⅠ의 전사를 억제한다.

○ 2^nd. 그 결과 용균성 성장을 결정하는 시기에 P_L과 P_R 프로모터가 활성화된다.

○ 용원성 번식에서의 유전자 발현 양상

○ 1^st. cⅠ 유전자에 의해 λ 억제인자가 생성된다.

○ 2^nd. λ 억제인자는 P_R 내에 있는 O_R1과 P_RM과 P_R에 걸쳐있는 O_R2에 결합하여 cⅠ의 발현을 활성화시킨다.

○ 3^rd. 대신 cro의 발현이 억제된다. 

○ 4^th. 그 결과 용원성 성장을 결정하는 시기에 P_RM을 프로모터가 활성화된다.

 

⑶ 1-3. 성장조건이 좋지 않은 배지에서 번식하는 대장균에 감염된 bacteriophage λ는 용원성 번식을 하는 경향이 있다. 그 기작을 설명하시오.

 

○ 1^st. 용원성 유도

○ 1^st - 1^st. 성장조건이 좋지 않은 배지에서 cⅡ 단백질의 합성이 증가한다.

○ 1^st - 2^nd. cⅡ 단백질은 P_RE라는 프로모터의 상단에 결합한다.

○ 1^st - 3^rd. O_R1 - O_L1, O_R2 - O_L2, O_R3 - O_L3 간에 억제인자를 사이에 두고 DNA 고리를 형성한다.

○ 1^st - 4^th. DNA 고리는 cⅠ 유전자의 전사를 촉진시킨다.

○ 1^st - 5^th. cro와 cⅠ의 경쟁적 유전자 발현에서 cⅠ의 발현이 증가함에 따라 용원성 번식이 유도된다.

○ 2^nd. 용원성 확립

○ cⅠ 유전자가 용원성을 확립하는 경우 P_RE에서 전사되고, 그 상태를 유지할 경우 P_RM에서 전사된다.

○ O_R1과 O_R2에 결합한 λ 억제인자도 용원성 확립을 활성화시킨다.

○ P_R과 cⅡ도 용원성 확립에 영향을 준다.

○ 용균성 유전자를 조절하는 P_L도 용원성 확립에 영향을 준다.

 

⑷ 1-4. 용원성 번식을 하고 있는 대장균에 자외선을 비추면 용균성 번식으로 전환된다. 그 기작을 설명하시오.

 

○ λ 억제인자는 N 말단과 C 말단을 양 기점으로 아령 모양으로 생겼다.

○ λ 억제인자 단량체는 2량체를 형성하고, 2량체가 서로 결합하여 4량체를 형성한다.

○ UV는 λ 억제인자가 단량체가 되도록 하여 cⅠ의 발현을 억제한다.

○ cro와 cⅠ의 경쟁적 유전자 발현에 의해 cro의 발현이 상대적으로 증가함에 따라 용균성 번식이 유도된다.

 

 

문제 2. 단백질의 분리에 사용하는 SDS-PAGE와 two dimensional gel electrophoresis(2차원 겔 전기영동)의 원리 및 방법론적 차이점을 비교 설명하시오.

 

⑴ SDS-PAGE의 원리

○ SDS-PAGE는 단백질 전기영동 시 사용하는 것으로, SDS(음전하 계면활성제)와 β-ME(β-mercaptoethanol)로 구성 

○ SDS-PAGE가 아미노산마다 붙으면 음하전 간의 반발력으로 모든 단백질이 동일한 전하밀도를 가지는 2차 구조가 됨

 

⑵ 2차원 겔 전기영동의 원리

○ 오파렐(O'Farrel) 법이 일반적

○ x축 : 요소 존재 하의 등전점 전기영동이나 미변성 조건 하의 전기영동에 의해 하전에 따라 분리

○ y축 : SDS 존재 하의 전기영동에 의해 분자량에 따라 분리

○ 1,000 종류 이상의 단백질을 분리하는 것이 가능

 

⑶ 방법론적 차이점

○2차원 겔 전기영동에서 x축과 y축이 서로 다른 정보를 갖게 되는 원리에 대해 설명하면 족함

○ 요소를 첨가하면, 이황화결합을 제외한 모든 작용기-작용기 상호작용을 제거하여 오직 등전점에 의존하여 혼합물이 분리됨

○ 반면, SDS-PAGE를 첨가하면 모든 단백질이 선형의 등전하밀도를 갖는 분자가 되어 오직 크기에만 의존하여 혼합물이 분리됨

 

 

문제 3. 유전자에 아래와 같은 상황이 일어나면 해독틀(open reading frame)과 mRNA에서 만들어지는 단백질에 어떤 영향이 발생하는지 설명하시오.

 

⑴ 3-1. mRNA의 해독틀 중간에 1개의 염기가 빠질 경우

 

○ 특정 지점 이후로 염기서열이 상당히 많이 달라진다.

○ 그리고 아미노산 서열의 길이가 거의 대부분 달라진다.

 

⑵ 3-2. mRNA의 해독틀 중간에 3개의 염기가 들어갈 경우 

 

○ 아미노산 서열이 한 개만큼 증가하였지만 표현형에 영향을 미치지 않을 수도 있다.

○ 또는 아미노산 서열이 한 개만큼 증가하였지만 표현형에 상당한 영향을 미칠 수도 있다.

○ 또는 아미노산 서열이 짧아질 수도 있다. (3개의 염기가 종결코돈에 해당하는 경우) 

 

⑶ 3-3. 1개의 코돈(codon)에 하나의 염기가 빠지고 바로 그 다음 코돈에 염기 하나가 추가로 들어갈 경우 

 

○ 아미노산 서열이 완전히 동일할 수 있다. (침묵 돌연변이)

○ 또는 아미노산 서열 중 한 아미노산이 다르지만 표현형에 영향을 미치지 않을 수도 있다. (미스센스 중 중립 돌연변이)

○ 또는 아미노산 서열 중 한 아미노산이 달라 표현형이 달라질 수 있다. (나머지 미스센스돌연변이)

○ 또는 아미노산 서열이 짧아질 수도 있다. (넌센스 돌연변이)

 

 

문제 4. 유전자 클로닝에 사용되는 pUC 계열의 플라스미드(plasmid)는 색깔 스크리닝(blue-white screening)을 수행할 수 있는 벡터(vector)이다. 

 

⑴ 4-1. 색깔 스크리닝의 장점과 원리에 대해 자세히 서술하고, 색깔 스크리닝에 사용되는 X-gal의 역할에 대해서 설명하시오.

 

○ 우선 pUC 계열의 플라스미드 중 가장 대표적인 pUC19 플라스미드의 특징을 개괄하면 다음과 같다.

○ 2686 bp, ori 존재

○ ApaLI 등의 제한효소 인식서열을 가지고 있음

○ lac Z : X-gal을 기질로 하여 푸른색 생성물을 생성

○ amp^r을 보유

○ 색깔 스크리닝은 생물학적 방법론에서 상당히 쉽고 저렴하며 빠르다는 장점이 있다.

○ 원리 1. 콜로니는 동일한 유전적 특성을 가진다.

○ 원리 2. 야생형 콜로니와 재조합 콜로니는 다른 색깔을 보여준다.

○ 다음은 pUC19 플라스미드의 예시이다.

○ 야생형 콜로니는 lac Z가 배지에 포함된 X-gal을 기질로 하여 푸른색 생성물을 생성한다.

○ 재조합 콜로니는 재조합 플라스미드가 lac Z 유전자 위치에 삽입되어 흰색으로 보여진다.

 

⑵ 4-2. 벡터의 외부 DNA(DNA insert)가 끼어있지 않아도 흰색 콜로니(colony)가 형성되는 경우가 있다. 어떠한 경우에 이러한 거짓결과(false positive) 현상이 일어날 수 있는지 설명하시오.

 

○ 다음은 돌연변이 유발 테스트인 에임즈 테스트의 이미지이다.

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 2. 에임즈 테스트 결과 예시

 

○ netative result에서도 몇몇 revertant가 존재하는 걸 알 수 있는데, 이는 생각보다 자연 돌연변이 콜로니가 자주 발생한다는 사실을 보여준다. 따라서 lac Z에 재조합 플라스미드가 삽입되지 않아도 돌연변이로 인한 위양성 흰색 결과가 나타날 수 있음을 시사한다.

 

입력: 2021.05.29 11:13