【분자생물학】 2012년 제49회 변리사 2차 국가자격시험

2012년 제49회 변리사 2차 국가자격시험

 

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a. 중심학설

b. DNA 테크놀로지 

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문제 1. 생식세포(germ cell)는 체세포(somatic cell)와 비교했을 때 매우 다른 특징을 갖는다.

 

⑴ 1-1. 생식세포가 만들어지는 감수분열 과정을 서술하시오.

 

 

Figure. 1. 감수분열 과정

 

○ 감수분열은 제1 감수분열과 제2 감수분열로 구분된다. 제1 감수분열은 두 개의 딸세포가 만들어지는 과정으로 부계 염색체와 모계 염색체가 랜덤하게 각 딸세포에게 분배된다. 이론적으로 23쌍의 염색체를 갖는 사람의 경우 223개의 딸세포가 제1감수분열에서 만들어질 수 있는데, 제2 감수분열 전기에 있는 각 염색체 간 교차에 의해 자손으로 전해질 수 있는 유전자 조성의 다양성은 훨씬 증가한다.

○ 제2 감수분열은 염색체 당 2개의 자매염색분체로 구성된 각 세포를 염색체 당 1개의 자매염색분체로 바꾸는 과정이다. 세대를 거듭할수록 DNA의 양이 2의 지수로 증가하는 불합리를 방지하기 위해 의도적으로 DNA의 양을 절반으로 낮추는 과정을 거치는 것이다.

 

⑵ 1-2. 한 부모로부터 유전적으로 다양한 자손이 태어날 수 있는 이유를 설명하시오.

 

○ 대표적으로 세 가지를 예시로 든다.

○ 이유 1. 교차(crossing-over)

○ 상동염색체의 분체들 사이에 발생하는 부분적 유전자 교환으로 새로운 형태의 염색체가 형성되는 현상

○ 고전유전학에서는 유전자 간 거리와 결과적으로 교차될 확률이 비례한다고 가정한다.

○ 1회 감수분열에서 약 30번의 교차가 일어난다.

○ 이유 2. 무작위 정렬

○ 제1감수분열 동안 각 쌍의 상동염색체들의 정렬과 분리는 독립적이므로 다양한 생식세포를 생성한다.

○ 이유 3. 비분리, 점 돌연변이 등의 돌연변이

○ 결과적으로 개인의 유전정보 다양성은 다음과 같다.

○ 제1감수분열 결과 생성된 생식세포의 염색체 다양성 : 2²³ + 교차 + 돌연변이

○ 수정란의 염색체 다양성 : (2²³ + 교차 + 돌연변이) × (2²³ + 교차 + 돌연변이)

 

⑶ 1-3. 이를 유전자 지도 작성에 어떻게 활용하는지 설명하시오.

 

○ 우선 유전자 지도를 그리는 방법은 크게 3가지이다.

○ 방법 1. 제한효소 절편 다양성을 활용한 방법 : 결실고리(deletion loop) 등을 활용하기도 함

○ 방법 2. 3점 검정교배법을 활용한 방법

○ 방법 3. 미생물의 접합 중단 실험을 활용한 방법

○ 문제 의도 상 3점 검정교배법을 활용한 방법을 묻고 있으며 다음과 같이 요약할 수 있다.

○ 정의 : 3점 검정교배법으로 얻은 교차율을 바탕으로 한 염색체 상의 유전자의 위치를 한 선상에 그린 것

○ 검정교배법 : 모든 유전자가 이형접합인 개체와 열성 동형접합자 간 교배

○ 1^st. 8개의 개체 중 두 개씩 그룹화

○ 2^nd. 다수 개체 한 쌍이 부모형

○ 3^rd. 최소 개체 한 쌍이 중간에 위치한 유전자 (∵ 이중교차는 확률이 굉장히 낮으므로)

○ 4^th. 중간 유전자와 다른 각각의 유전자 간 교차율 계산

 

 

문제 2. 대장균에서 진핵세포의 단백질 A를 발현시켜 많은 양을 생산하고자 할 때, 소위 inclusion body가 형성될 때가 종종 있다.

 

⑴ 2-1. inclusion body가 형성되는 기작을 2가지 제시하시오.

 

○ glucose modification, 막 수송 등의 메커니즘이 결여되면 정상 재조합 진핵세포 단백질이라도 원핵세포 내 환경에 노출되면서 aggregation이 일어날 수 있음 (특히 소수성인 경우)

○ 대장균의 단백질 접힘 기구, 단백질 번역 기구 등이 부족하여 partially-folded protein 또는 unfolded protin이 다수 생성되면 aggregaion 반응이 일어날 수 있음

○ 원핵세포 내 환경이 크게 문제가 되지 않고 folding에도 큰 문제가 없더라도 단백질을 안정화하는 메커니즘이 결여되면 aggregaion이 일어날 수 있음

 

⑵ 2-2. inclusion body의 형성을 억제할 수 있는 방법을 제시하고, 그 방법을 선택한 이유를 설명하시오. (ref)

 

○ 방법 1. 변성 용해제 : 요소(urea)와 같은 변성제와 Gdn·HCl과 같은 카오트로프(chaotrope)를 쓰는 방법

○ 만약 단백질 내 이황화결합이 많으면 β-mercaptoethanol이나 DTT를 첨가하기도 함

○ 단점 : 카오트로프를 많이 넣으면 단백질 구조가 완전히 망가져서 refolding 단계에서 다시 aggregation이 일어남

○ 방법 2. 비변성 용해제

○ N-acetyl-d-glucosamine 2-epimerase는 Tris-HCl (pH 7)을 처리하면 aggregation이 풀림

○ non-classical inclusion body의 경우 5% n-propanol, 5% DMSO, 0.2% N-lauroyl sarcosine를 처리하기도 함

○ 장점 : refolding을 요구하지 않음

○ 단점 : 특수한 경우에만 할 수 있음

○ 방법 3. 약한 용해제

○ high pH, 6 M n-propanol, 6 M β-mercaptoethanol, high pressure, detergent, 유기용매, 카오트로프를 첨가

○ 최근에는 이 방법이 많이 사용됨

○ 최신 방법론으로서 다음을 참고해도 좋을 듯 하다.

 

Table. 1. inclusion body 형성을 억제하는 최신 방법론 (ref)

 

 

문제 3. 종양 바이러스 연구에 의해 암을 유발시키는 발암유전자(oncogene)가 발견되었다.

 

⑴ 3-1. 원발암유전자(proto-oncogene)의 정의와 생물학적 기능에 대하여 설명하시오.

 

○ 세포주기를 조절하는 유전자로 대체로 성장인자, 수용체 단백질 유전자를 암호화하는 경우가 많다.

○ 다음은 대표적인 원발암 유전자이다.

○ HER2 (erbB-2)

○ ras

○ c-myc

○ abl-bcr

○ c-erbB, c-mx, c-kit, RAPa, Eb, cyclin, CDK 2, 4

○ src

○ β-catenin

○ B-RAF

○ EGFR

 

⑵ 3-2. 원발암유전자에 어떤 변화가 생겨 암이 유발되는지 가능한 방식을 3가지만 제시하시오. 

 

○ 상동 염색체 하나에 돌연변이가 나타나도 암이 될 수 있다. (우성 발현)

○ 방식 1. DNA 염기 돌연변이로 암호화 단백질의 구조 또는 변화에 의한 고활성

○ 방식 2. 유전자의 재배치에 의한 과발현 (예 : 프로모터 바로 앞에 유전자기 위치하게 된 경우)

○ 방식 3. 유전자의 반복 수 증가에 의한 과발현

 

⑶ 3-3. ras 발암유전자가 암을 일으키는 기작에 대하여 설명하시오.

 

○ ras(rat sarooma)은 타이로신 인산화효소에 의해 활성화되는 GPCR로 신호전달경로에 관여한다. GTPase actiating protein 기능이 결실되거나 분해 저항성 단백질이 축적되면 ras가 과다 활성화된다. 이로 인해 성장인자 비의존성 분열을 하게 되어 암세포로 변이하게 된다. 참고로 암의 성장인자 비의존성 분열은 대부분 ras 때문이다. 

 

 

문제 4. 진핵세포는 때때로 자신이 합성해 놓은 단백질을 분해하기도 한다. 

 

⑴ 4-1. 세포가 이러한 단백질 분해 기작을 갖고 있는 이유를 설명하시오.

 

○ 이유 1. 단백질이 잘못된 구조를 가지거나 변성된 경우 체내 독성을 가질 수 있음

○ 이유 2. 체내 단백질의 활성을 조절하기 위해 정상 단백질이라도 분해하는 경우가 굉장히 많음

 

⑵ 4-2. 그 분해 기작을 유비퀴틴(ubiquitin)과 연계하여 단계별로 서술하시오.

 

○ 1단계 : 분해할 단백질에 샤페로닌(예 : hsp70)이 접근한다.

○ 2단계 : 샤페로닌은 76개의 아미노산으로 이루어진 작은 단백질인 유비퀴틴을 부착한다.

○ 3단계 : 유비퀴틴으로 표지된 단백질은 프로테아좀에 의해 인식된 뒤 가수분해된다.

 

⑶ 4-3. 단백질 분해가 정상적으로 일어나지 않는 경우 암과 같은 질병이 어떻게 유발될 수 있는지 설명하시오.

 

○ cyclin, securin, cdc20, M cyclin 등은 프로테아좀에 의해 분해되기 때문에 세포분열 조절에 단백질 분해가 굉장히 중요

○ 사린 가스는 아세틸콜린 에스터레이스를 억제하여 호흡중지 후 사망을 일으킴

○ 바이러스, 암 세포 등의 이질적인 세포들을 프로테아좀에 의해 절편화하지 못하면 면역반응이 억제됨

○ 분해되지 않는 amyloid β의 aggregation이 치매 예후에 치명적인 역할을 하는 것으로 알려져 있음

○ 크라우츠 펠트 증후군은 분해되지 않는 변형 프리온의 aggregation에 의해 뇌질환이 나타남

 

입력: 2021.05.29 11:13