Molecular Biology & central dogma of molecular biology -分子生物學

[dhleepaul]

-출처 Molecular biology 

-분자생물학의 분류: 생물학의 일부이다.

-포털:

-생물학

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- 분자생물학의 중심원리(영어: central dogma of molecular biology) 또는 센트럴 도그마(영어: central dogma)는 1958년 프랜시스 크릭이 제안한[1] 개념으로, 1970년 네이처지에 개정되어 발표되었다.[2] 이 중심원리는 '단백질로 만들어진 정보는 다른 단백질이나 핵산으로 전달될 수 없다'는 의미도 담고 있으며 생명체의 유전 정보가 어떻게 전달되는지를 나타낸다.

세 가지 전이과정

DNA, RNA, 단백질의 세 유전 물질 사이에서 가능한 전이과정은 전체 9가지가 있고, 중심원리에서는 이것을 일반적인 전이과정(general transfer), 특수한 전이과정(special transfer), 알려지지 않은 전이과정(unknown transfer)의 세 가지로 나눈다.

일반적 전이과정은 대부분의 세포에서 일어나는 것으로 알려진 과정으로, 이 과정에는 기존 DNA에서 새로운 DNA를 생성하는 복제, DNA에서 RNA를 생성하는 전사, 그리고 RNA에서 단백질을 생성하는 번역의 세 가지가 있다. 특수한 전이과정은 과정 자체는 발견되었지만 일반적인 현상은 아닌 것으로, RNA에서 DNA, RNA에서 RNA, DNA에서 단백질을 생성하는 과정이다. 그리고 알려지지 않은 전이과정에는 단백질에서 DNA, RNA, 단백질을 생성하는 과정이 있고, 이 전이과정은 일어나지 않을 것으로 추정된다.

분자생물학의 중심원리에 위배되는 사례

• RNA 의존적 RNA 중합효소를 통한 RNA의 자체적 복제
• 역전사를 통한 유전정보 전달되는 예 - 레트로바이러스
• 유전정보 없이 형질 전달되는 예 - 프라이온
• 후성유전학 - 일란성 쌍둥이

- 본문

분자 생물학 / məˈlɛkjʊlər /은 생체 분자 합성, 변형, 메커니즘 및 상호 작용을 포함하여 세포 내부 및 세포 사이의 생물학적 활동의 분자 기초를 이해하고자하는 생물학의 한 분야입니다. [1][2][3]

Molecular biology - Wikipedia

일찍이 18세기에 살아있는 유기체에서 세포와 기타 미세한 구조가 관찰되었지만, 그들의 행동을 지배하는 메커니즘과 상호 작용에 대한 자세한 이해는 물리학 및 화학에 사용되는 기술이 생물학에 적용할 수 있을 만큼 충분히 발전한 20세기까지 나타나지 않았습니다. '분자 생물학'이라는 용어는 1945 년 영국의 물리학 자 윌리엄 애스트 버리 (William Astbury)에 의해 처음 사용되었으며, 생물학적 현상의 토대를 식별하는 데 초점을 맞춘 접근 방식, 즉 생물학적 분자의 물리적 및 화학적 구조와 특성, 다른 분자와의 상호 작용 및 이러한 상호 작용이 소위 고전 생물학의 관찰을 어떻게 설명하는지 밝히는 데 중점을 둔 접근 방식으로 설명했습니다. 대신 더 큰 규모와 더 높은 수준의 조직에서 생물학적 과정을 연구합니다. [4] 1953년, 프랜시스 크릭(Francis Crick), 제임스 왓슨(James Watson), 로잘린드 프랭클린(Rosalind Franklin) 및 캐번디시 연구소(Cavendish Laboratory)의 의학 연구 위원회 부서의 동료들은 디옥시리보 핵산(DNA)의 화학 구조에 대한 이중 나선 모델을 최초로 설명했는데, 이는 이전에 모호했던 핵산 개념을 이해할 수 있는 물리화학적 기초를 제공했기 때문에 초기 분야의 획기적인 사건으로 간주됩니다. 생물학적 유전의 주요 물질. 그들은 프랭클린이 수행한 이전 연구를 기반으로 이 구조를 제안했으며, 이는 모리스 윌킨스와 맥스 페루츠에 의해 전달되었습니다. [5] 그들의 연구는 다른 미생물, 식물 및 동물에서 DNA를 발견하는 것으로 이어졌습니다. [6]

분자 생물학 분야에는 과학자들이 분자 과정에 대해 배울 수 있는 기술이 포함됩니다. [7] 이러한 기술은 신약을 효율적으로 표적으로 삼고, 질병을 진단하고, 세포 생리학을 더 잘 이해하는 데 사용됩니다. [8] 분자 생물학에서 발생하는 일부 임상 연구 및 의학적 치료법은 유전자 치료에서 다루어지는 반면, 의학에서 분자 생물학 또는 분자 세포 생물학의 사용은 이제 분자 의학이라고 불립니다. [ 인용 필요 ]

분자생물학의 역사[편집]

주요 기사: History of molecular biology

DNA 구조의 각도 설명

왓슨과 크릭의 DNA 구조를 도식적으로 표현한 것

분자 생물학은 생화학과 유전학의 교차점에 있습니다. 이러한 과학 분야가 20세기에 등장하고 발전함에 따라 둘 다 중요한 세포 기능의 기초가 되는 분자 메커니즘을 규명하려고 노력한다는 것이 분명해졌습니다. [9][10] 분자 생물학의 발전은 새로운 기술의 개발 및 최적화와 밀접한 관련이 있습니다. [11] 분자 생물학은 많은 과학자들의 연구에 의해 밝혀졌으며, 따라서 이 분야의 역사는 이러한 과학자들과 그들의 실험에 대한 이해에 달려 있습니다. [ 인용 필요 ]

유전학 분야는 번식과 유전의 기저에 있는 일련의 규칙과 유전자로 알려진 유전의 가상 단위의 본질을 이해하려는 시도에서 비롯되었습니다. 그레고르 멘델(Gregor Mendel)은 1866년에 완두콩 식물의 짝짓기 교배에 대한 연구에서 관찰한 유전 법칙을 처음으로 설명하면서 이 연구를 개척했습니다. [12] 그러한 유전적 상속의 법칙 중 하나는 분리의 법칙으로, 특정 유전자에 대해 두 개의 대립유전자를 가진 이배체 개체가 이 대립유전자 중 하나를 자손에게 물려준다는 것입니다. [13] 그의 비판적인 작업으로 인해 유전 유전 연구는 일반적으로 멘델 유전학이라고 불립니다. [14]

분자 생물학의 중요한 이정표는 DNA의 구조를 발견한 것입니다. 이 작업은 1869년 스위스의 생화학자인 프리드리히 미셔(Friedrich Miescher)에 의해 시작되었는데, 그는 현재 우리가 알고 있는 핵(디옥시리보 핵산) 또는 DNA라는 구조를 처음으로 제안했습니다. [15] 그는 고름이 채워진 붕대의 성분을 연구하고 "인 함유 물질"의 독특한 특성에 주목함으로써 이 독특한 물질을 발견했습니다. [16] DNA 모델에 대한 또 다른 주목할만한 공헌자는 1919년 효모에 대한 생화학 실험의 결과로 DNA의 "폴리뉴클레오티드 모델"을 제안한 Phoebus Levene입니다. [17] 1950년, 에르빈 샤르가프(Erwin Chargaff)는 레벤(Levene)의 연구를 확장하여 핵산의 몇 가지 중요한 특성을 밝혔다. [18] 둘째, 퓨린(아데닌 및 구아닌)의 총 농도는 항상 피리미딘(시스테인 및 티민)의 총 농도와 같습니다. [15] 이것은 현재 Chargaff의 규칙으로 알려져 있습니다. 1953년 제임스 왓슨(James Watson)과 프랜시스 크릭(Francis Crick)은 로잘린드 프랭클린(Rosalind Franklin)이 수행한 X선 결정학 작업을 기반으로 DNA의 이중 나선 구조를 발표했으며[19] 모리스 윌킨스(Maurice Wilkins)와 맥스 페루츠(Max Perutz)가 전달했습니다. [5] 왓슨과 크릭은 DNA의 구조를 설명하고 DNA 복제의 가능한 메커니즘에 대한 이 독특한 구조의 함의에 대해 추측했습니다. [19] 왓슨과 크릭은 1962년 윌킨스와 함께 DNA 구조 모델을 제안한 공로로 노벨 생리학·의학상을 수상했다. [6]

1961년, 유전자가 단백질을 암호화할 때, 유전자 DNA의 3개의 순차적 염기가 단백질의 연속적인 각 아미노산을 지정한다는 것이 입증되었습니다. [20] 따라서 유전 암호는 삼중항 코드이며, 여기서 각 삼중항(코돈이라고 함)은 특정 아미노산을 지정합니다. 더욱이, 코돈은 단백질을 암호화하는 DNA 서열에서 서로 겹치지 않으며, 각 서열은 고정된 시작점에서 읽혀진다는 것이 밝혀졌다. 1962년에서 1964년 사이, 박테리아 바이러스의 조건부 치사 돌연변이의 사용을 통해[21] DNA 복제, DNA 복구, DNA 재조합 및 분자 구조 조립의 기계에 사용되는 단백질의 기능과 상호 작용에 대한 이해에 근본적인 진전이 이루어졌습니다. [22]

그리피스의 실험[편집]

본문: Griffith's experiment

그리피스의 실험

1928년, 프레드릭 그리피스(Frederick Griffith)는 폐렴구균(pneumococcus) 박테리아에서 독성 특성을 발견했는데, 이 박테리아는 실험용 쥐를 죽이고 있었습니다. 멘델에 따르면, 그 당시에 널리 퍼져 있던 유전자 전달은 부모 세포에서 딸 세포로만 일어날 수 있었다. 그리피스는 또 다른 이론을 발전시켜 같은 세대의 구성원에서 발생하는 유전자 전달을 수평적 유전자 전달(horizontal gene transfer, HGT)이라고 주장했다. 이 현상을 이제 유전자 변형이라고 합니다. [23]

그리피스의 실험은 폐렴구균 박테리아를 다루었는데, 이 박테리아는 두 가지 다른 균주를 가지고 있었는데, 하나는 독성이 있고 매끄럽고, 다른 하나는 무독성이고 거칠었다. 부드러운 균주는 포도당과 글루쿠론산 캡슐의 중합체인 특정 다당류의 일종의 존재로 인해 물집이 생기는 모양을 가졌습니다. 이 다당류 박테리아 층으로 인해 숙주의 면역 체계는 박테리아를 인식하지 못하고 숙주를 죽입니다. 다른 독성이 있고 거친 균주는 이 다당류 캡슐이 부족하고 둔하고 거친 모양을 가지고 있습니다. [ 인용 필요 ]

균주에 캡슐의 유무는 유전적으로 결정되는 것으로 알려져 있습니다. 평활 및 거친 변형은 각각 S-I, S-II, S-III 등 및 R-I, R-II, R-III 등과 같은 여러 가지 유형으로 발생합니다. S 박테리아와 R 박테리아의 이 모든 아형은 생산하는 항원 유형이 서로 다릅니다. [6]

에이버리-맥레오드-맥카티 실험[편집]

본문: Avery–MacLeod–McCarty experiment

이 섹션은 대규모 언어 모델의 텍스트를 통합할 수 있습니다. 여기에는 환각에 빠진 정보나 허구의 언급이 포함될 수 있습니다. 저작권 위반 또는 검증되지 않은 주장은 삭제해야 합니다. 추가 지침은 관련 프로젝트 페이지에서 확인할 수 있습니다. (2024년 12월)

에이버리-맥레오드-맥카티 실험은 1944년에 수행된 획기적인 연구로, 이전에 생각했던 것처럼 단백질이 아닌 DNA가 박테리아에 유전 정보를 전달한다는 것을 보여주었습니다. 오스왈드 에이버리(Oswald Avery), 콜린 먼로 맥레오드(Colin Munro MacLeod), 맥클린 맥카티(Maclyn McCarty)는 생쥐에서 폐렴을 일으킬 수 있는 폐렴 균주에서 추출한 추출물을 사용했습니다. 그들은 박테리아의 유전적 변형이 추출물에서 정제된 DNA를 박테리아에 주입함으로써 이루어질 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 추출물의 DNA를 DNase로 소화했을 때 무해한 박테리아가 악성 박테리아로 변환되지 않는다는 것을 발견했습니다. 이것은 DNA가 유전 물질이라는 강력한 증거를 제공했으며, 단백질이 원인이라는 일반적인 믿음에 도전했습니다. 그것은 왓슨과 크릭에 의해 그 구조를 발견하는 기초를 마련했습니다.

허쉬-체이스 실험[편집]

본문: Hershey–Chase experiment

허쉬-체이스 실험

DNA가 감염의 원인이 되는 유전 물질이라는 확인은 Hershey-Chase 실험에서 이루어졌습니다. 그들은 실험을 위해 대장균과 박테리오파지를 사용했습니다. 이 실험은 부엌 믹서기가 주요 장치로 사용되었기 때문에 블렌더 실험이라고도 합니다. 알프레드 허쉬(Alfred Hershey)와 마사 체이스(Martha Chase)는 파지 입자가 박테리아에 주입한 DNA에 자손 파지 입자를 합성하는 데 필요한 모든 정보가 포함되어 있음을 입증했습니다. 그들은 방사능을 사용하여 박테리오파지의 단백질 외피에 방사성 황을 붙이고 DNA를 방사성 인으로 각각 두 개의 다른 시험관에 넣었습니다. 박테리오파지와 대장균을 시험관에 혼합한 후, 파지가 대장균 세포의 유전 물질을 변형시키는 잠복기가 시작됩니다. 그런 다음 혼합물을 혼합하거나 교반하여 대장균 세포에서 파지를 분리합니다. 전체 혼합물을 원심분리하고 E.coli 세포를 포함하는 펠릿을 검사하고 상등액을 폐기했습니다. 대장균 세포는 방사성 인을 보였는데, 이는 형질전환된 물질이 단백질 코팅이 아니라 DNA임을 나타냅니다.

변형된 DNA는 대장균의 DNA에 부착되고 방사능은 박테리오파지의 DNA에서만 볼 수 있습니다. 이 돌연변이된 DNA는 다음 세대로 전달될 수 있으며 형질전환 이론이 존재하게 되었습니다. 형질도입(transduction)은 박테리아 DNA가 박테리오파지의 단편을 운반하여 다음 세대에 전달하는 과정입니다. 이것은 또한 수평적 유전자 전달의 한 유형입니다. [6]

메젤슨-스탈 실험[편집]

주요 기사: Meselson-Stahl experiment

Meselson-Stahl 실험

이 섹션은 대규모 언어 모델의 텍스트를 통합할 수 있습니다. 여기에는 환각에 빠진 정보나 허구의 언급이 포함될 수 있습니다. 저작권 위반 또는 검증되지 않은 주장은 삭제해야 합니다. 추가 지침은 관련 프로젝트 페이지에서 확인할 수 있습니다. (2024년 12월)

Meselson-Stahl 실험은 DNA의 반보존적 복제에 대한 증거를 제공한 분자 생물학의 획기적인 실험이었습니다. 1958년 매튜 메셀슨(Matthew Meselson)과 프랭클린 스탈(Franklin Stahl)이 수행한 이 실험은 중성 질소 동위원소(15N)를 포함하는 배지에서 여러 세대에 걸쳐 대장균 박테리아를 성장시키는 것이었습니다. 이로 인해 새로 합성된 모든 박테리아 DNA가 무거운 동위원소와 통합되었습니다.

박테리아가 일반 질소(14N)를 함유하는 배지에서 복제하도록 한 후, 다양한 시점에서 샘플을 채취했습니다. 그런 다음 이러한 샘플을 밀도 구배(density gradient)에서 원심분리하여 밀도에 따라 DNA 분자를 분리했습니다.

그 결과, 14N 배지에서 한 세대의 복제 후, DNA는 순수한 15N DNA와 순수한 14N DNA 사이의 중간 밀도 밴드를 형성했습니다. 이것은 왓슨(Watson)과 크릭(Crick)이 제안한 반보존적 DNA 복제를 뒷받침했는데, 여기서 부모 DNA 분자의 각 가닥은 새로운 상보적 가닥의 합성을 위한 주형 역할을 하여 각각 하나의 부모 가닥과 하나의 새로 합성된 가닥으로 구성된 두 개의 딸 DNA 분자를 생성했습니다.

Meselson-Stahl 실험은 유전학 및 분자 생물학 이해의 기초가 되는 DNA의 반보존적 복제에 대한 강력한 증거를 제공했습니다.

현대 분자생물학

2020년대 초반, 분자생물학은 수직적 및 수평적 기술 개발로 정의되는 황금기에 접어들었습니다. 수직적으로, 새로운 기술을 통해 원자 수준에서 생물학적 과정을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다. [24] 오늘날 분자 생물학자들은 점점 더 높은 깊이에서 점점 더 저렴한 염기서열분석 데이터에 액세스할 수 있게 되어 새로운 비모델 유기체에서 새로운 유전자 조작 방법의 개발을 촉진하고 있습니다. 마찬가지로, 합성 분자 생물학자들은 다양한 원핵 및 진핵 세포주에 외인성 대사 경로를 도입하여 소형 및 거시 분자의 산업 생산을 주도할 것입니다. [25]

수평적으로, 염기서열분석 데이터는 점점 더 저렴해지고 있으며 다양한 과학 분야에서 사용되고 있습니다. 이는 개발도상국의 산업 발전을 촉진하고 개별 연구자에 대한 접근성을 높일 것입니다. 마찬가지로, CRISPR-Cas9 유전자 편집 실험은 이제 개인이 10,000달러 미만의 비용으로 새로운 유기체를 고안하고 구현할 수 있으며, 이는 산업 및 의료 응용 분야의 개발을 주도할 것입니다. [26]

다른 생물과학과의 관계[편집]

생화학, 유전학 및 분자 생물학의 도식적 관계

다음 목록은 분자 생물학과 다른 관련 분야 간의 학제 간 관계에 대한 관점을 설명합니다. [27]

• 분자 생물학은 분자 합성, 변형, 메커니즘 및 상호 작용에 중점을 둔 생물학적 현상의 분자 토대에 대한 연구입니다.
• 생화학은 살아있는 유기체에서 발생하는 화학 물질과 생명 과정에 대한 연구입니다. 생화학자들은 단백질, 지질, 탄수화물 및 핵산과 같은 생체 분자의 역할, 기능 및 구조에 중점을 둡니다. [28]
• 유전학은 유전적 차이가 유기체에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구입니다. 유전학은 돌연변이, 개별 유전자 및 유전적 상호 작용이 표현형의 발현에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 예측하려고 시도합니다[29]

연구자들은 분자 생물학에 특화된 기술을 연습하지만, 이를 유전학 및 생화학의 방법과 결합하는 것이 일반적입니다. 분자 생물학의 대부분은 정량적이며, 최근에는 생물 정보학 및 컴퓨터 생물학과 같은 컴퓨터 과학 기술을 사용하여 상당한 양의 작업이 수행되었습니다. 유전자 구조와 기능에 대한 연구인 분자 유전학은 2000년대 초반부터 분자 생물학의 가장 두드러진 하위 분야 중 하나였습니다. 생물학의 다른 분야는 세포 생물학 및 발달 생물학과 같이 분자의 상호 작용을 직접 연구하거나 집단 유전학 및 계통 발생학과 같은 진화 생물학 분야에서와 같이 집단 또는 종의 역사적 속성을 추론하는 데 분자 기술을 사용하는 간접적으로 분자 생물학에 의해 영향을 받습니다. 또한 생물 물리학에서 생체 분자를 "바닥부터" 또는 분자적으로 연구하는 오랜 전통이 있습니다. [30]

분자생물학의 기술[편집]

DNA 애니메이션

단백질 분석법에 대한 자세한 목록은 단백질 분석법을 참조하십시오. 핵산 방법에 대한 자세한 목록은 핵산 방법을 참조하십시오.

분자 클로닝[편집]

본문: Molecular cloning

트랜스덕션 이미지

분자 클로닝은 관심 DNA 염기서열을 분리한 다음 플라스미드 벡터로 전달하는 데 사용됩니다. [31] 이 재조합 DNA 기술은 1960년대에 처음 개발되었다.[32] 이 기술에서, 관심 단백질에 대한 DNA 염기서열 암호화는 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, PCR) 및/또는 제한 효소(restriction enzymes)를 사용하여 플라스미드(발현 벡터)로 복제된다. plasmid vector는 일반적으로 origin of replication, multiple cloning site(MCS) 및 선택적 marker(일반적으로 항생제 내성)의 3가지 특징을 가지고 있습니다. 또한 MCS의 업스트림에는 클론 유전자의 발현을 조절하는 promoter 영역과 transcription start site가 있습니다.

이 플라스미드는 박테리아 또는 동물 세포에 삽입할 수 있습니다. 박테리아 세포에 DNA를 도입하는 것은 네이키드 DNA의 흡수를 통한 형질전환, 세포-세포 접촉을 통한 접합 또는 바이러스 벡터를 통한 형질도입으로 이루어질 수 있습니다. 물리적 또는 화학적 수단으로 동물 세포와 같은 진핵 세포에 DNA를 도입하는 것을 transfection이라고 합니다. 칼슘 인산염 형질주입, 전기천공법, 미세주입 및 리포좀 형질주입과 같은 여러 가지 형질주입 기술을 사용할 수 있습니다. 플라스미드는 게놈에 통합되어 안정적인 형질주입을 일으키거나, 게놈과 독립적으로 남아 일시적으로 발현될 수 있으며, 이를 일시적 형질주입이라고 합니다. [33][34]

관심 단백질에 대한 DNA 암호화는 이제 세포 내부에 있으며 단백질은 이제 발현될 수 있습니다. 유도성 프로모터 및 특정 세포 신호 인자와 같은 다양한 시스템을 사용하여 관심 단백질을 높은 수준으로 발현하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 그런 다음 박테리아 또는 진핵 세포에서 많은 양의 단백질을 추출할 수 있습니다. 단백질은 다양한 상황에서 효소 활성을 테스트할 수 있고, 단백질을 결정화하여 3차 구조를 연구할 수 있으며, 제약 산업에서는 단백질에 대한 신약의 활성을 연구할 수 있습니다. [35]

중합효소 연쇄 반응

본문: Polymerase chain reaction

중합효소연쇄반응(PCR)은 DNA 복사를 위한 매우 다재다능한 기술입니다. 간단히 말해서, PCR은 특정 DNA 염기서열을 미리 결정된 방식으로 복사하거나 수정할 수 있도록 합니다. 이 반응은 매우 강력하며 완벽한 조건에서는 하나의 DNA 분자를 증폭하여 2시간 이내에 10억 7천만 개의 분자가 될 수 있습니다. PCR에는 유전자 표정의 학문, 병원성 미생물의 탐지, 유전 돌연변이의 탐지 및 DNA에 돌연변이의 소개를 포함하여 많은 신청이, 있습니다. [36] PCR 기술은 DNA 분자의 끝에 제한 효소 부위를 도입하거나 DNA의 특정 염기를 돌연변이시키는 데 사용할 수 있으며, 후자는 부위 지시 돌연변이 유발이라고 하는 방법입니다. PCR은 또한 특정 DNA 단편이 cDNA 라이브러리에서 발견되는지 여부를 결정하는 데 사용할 수 있습니다. PCR에는 RNA의 확대를 위한 역전사 PCR(RT-PCR)과 같은 다양한 변형이 있으며, 최근에는 DNA 또는 RNA 분자의 정량적 측정이 가능한 정량적 PCR이 있습니다. [37][38]

겔 트레이에 주조된 붕산염 완충액의 2% 아가로스 겔

겔 전기영동[편집]

SDS 페이지

주요 기사: Gel electrophoresis

젤 전기 이동법은 agarose 또는 polyacrylamide 젤을 사용하여 그들의 크기에 의하여 분자를 분리하는 기술입니다. [39] 이 기술은 분자 생물학의 주요 도구 중 하나입니다. 기본 원리는 DNA 단편이 겔의 맞은편에 전류를 가함으로써 분리될 수 있다는 것입니다 - DNA 골격이 음전하를 띤 인산기를 포함하기 때문에, DNA는 아가로스 겔을 통해 전류의 양단을 향해 이동할 것입니다. [39] 단백질은 또한 SDS-PAGE 젤을 사용하여 크기를 기준으로 하여, 또는 제 2 젤 전기 이동법으로 알려지는 무슨것을 사용하여 크기와 그들의 전하를 기준으로 하여 분리될 수 있습니다. [40]

Coomassie blue 염료를 사용하여 PAGE 젤에 염색된 단백질

브래드포드 단백질 분석[편집]

주요 문서: Bradford protein assay

Bradford 분석은 Coomassie Brilliant Blue G-250이라는 염료의 고유한 특성을 활용하여 단백질 분자를 빠르고 정확하게 정량화할 수 있는 분자 생물학 기술입니다. [41] Coomassie Blue는 단백질에 결합할 때 적갈색에서 밝은 파란색으로 눈에 띄는 색상 변화를 겪습니다. [41] 불안정한 양이온 상태에서 Coomassie Blue는 배경 파장이 465nm이며 적갈색을 띱니다. [42] Coomassie Blue가 산성 용액의 단백질에 결합하면 배경 파장이 595nm로 이동하고 염료가 밝은 파란색을 발산합니다. [42] 분석의 단백질은 약 2분 내에 Coomassie blue와 결합하고 단백질-염료 복합체는 약 1시간 동안 안정적이지만 반응 시작 후 5-20분 이내에 흡광도 판독을 수행하는 것이 좋습니다. [41] 그런 다음 Bradford 분석의 단백질 농도를 가시광선 분광 광도계를 사용하여 측정할 수 있으므로 광범위한 장비가 필요하지 않습니다. [42]

이 방법은 1975년 Marion M. Bradford에 의해 개발되었으며 이전 방법인 Lowry 절차 및 Biuret 분석법에 비해 훨씬 빠르고 정확한 단백질 정량을 가능하게 했습니다. [41] 이전 방법과 달리 Bradford 분석은 에탄올, 염화나트륨 및 염화마그네슘을 포함한 여러 비단백질 분자의 간섭에 민감하지 않습니다. [41] 그러나 도데실황산나트륨(SDS)과 같은 강알칼리성 완충제의 영향을 받기 쉽습니다. [41]

고분자 블로팅(Macromolecule blotting) 및 프로빙(probing)[편집]

북부, 서부 및 동부 블로팅이라는 용어는 처음에는 Edwin Southern이 블로팅 된 DNA의 혼성화를 위해 설명한 기술을 따라 Southern 블로팅이라는 용어를 사용하는 분자 생물학 농담이었던 것에서 파생되었습니다. 당시 북부 얼룩으로 알려지게 된 RNA 얼룩의 개발자인 패트리샤 토마스(Patricia Thomas)는 실제로 그 용어를 사용하지 않았습니다. [43]

서던 블로팅[편집]

본문: Southern blot

발명자인 생물학자 에드윈 서던(Edwin Southern)의 이름을 딴 서던 블롯은 DNA 샘플 내에 특정 DNA 염기서열의 존재 여부를 조사하는 방법입니다. 제한 효소(제한 엔도뉴클레아제) 분해 전후의 DNA 샘플은 겔 전기영동에 의해 분리된 다음 모세관 작용을 통해 블로팅하여 멤브레인으로 전달됩니다. 그런 다음 멤브레인을 관심 DNA의 염기서열에 대한 보체 염기 서열이 있는 표지된 DNA 프로브에 노출시킵니다. [44] 서던 블로팅(Southern blotting)은 DNA 샘플에서 특정 DNA 염기서열을 검출하는 PCR과 같은 다른 기술의 능력으로 인해 실험실 과학에서 덜 일반적으로 사용됩니다. 그러나 이러한 블롯은 형질전환 마우스에서 형질전환 유전자 복제 수를 측정하거나 유전자 녹아웃 배아 줄기 세포주를 엔지니어링하는 것과 같은 일부 응용 분야에 여전히 사용됩니다. [30]

노던 블로팅[편집]

본문: Northern blot

북부 블롯 다이어그램

북부 블롯은 서로 다른 RNA 샘플 세트 간의 상대적 비교로 특정 RNA 분자의 존재를 연구하는 데 사용됩니다. 그것은 본질적으로 변성 RNA 젤 전기 영동과 블롯의 조합입니다. 이 과정에서 RNA는 크기에 따라 분리된 다음 멤브레인으로 전달된 다음 관심 서열의 표지된 보체로 프로브됩니다. 결과는 사용된 레이블에 따라 다양한 방법을 통해 시각화될 수 있습니다. 그러나 대부분은 샘플에서 검출된 RNA의 크기를 나타내는 밴드가 드러납니다. 이러한 밴드의 강도는 분석된 샘플에서 표적 RNA의 양과 관련이 있습니다. 이 절차는 전사 후 조절이 발생하지 않고 mRNA의 수준이 생성되는 해당 단백질의 비례 수준을 반영한다고 가정하고 다른 샘플에 RNA가 얼마나 많이 존재하는지 측정하여 언제 얼마나 많은 유전자 발현이 발생하는지 연구하는 데 일반적으로 사용됩니다. 그것은 특정 유전자가 언제 어떤 조건에서 살아있는 조직에서 발현되는지를 결정하는 가장 기본적인 도구 중 하나입니다. [45][46]

웨스턴 블로팅[편집]

본문: Western blot

웨스턴 블롯(western blot)은 단백질 혼합물에서 특정 단백질을 검출할 수 있는 기술입니다. [47] 웨스턴 블롯은 분리된 단백질의 크기를 측정하고 발현을 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. [48] 웨스턴 블로팅(western blotting)에서 단백질은 먼저 SDS-PAGE로 알려진 기술에 따라 두 개의 유리판 사이에 끼워진 얇은 겔에서 크기별로 분리됩니다. 그런 다음 겔의 단백질은 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 니트로셀룰로오스, 나일론 또는 기타 지지막으로 전달됩니다. 그런 다음 이 멤브레인을 항체 용액으로 조사할 수 있습니다. 그런 다음 관심 단백질에 특이적으로 결합하는 항체를 착색 제품, 화학발광 또는 자가방사선 촬영을 포함한 다양한 기술로 시각화할 수 있습니다. 종종 항체는 효소로 표지됩니다. 화학발광 기질이 효소에 노출되면 검출이 가능합니다. 웨스턴 블로팅 기술을 사용하면 검출뿐만 아니라 정량 분석도 가능합니다. 웨스턴 블로팅(western blotting)과 유사한 방법을 사용하여 살아있는 세포 또는 조직 절편에서 특정 단백질을 직접 염색할 수 있습니다. [47][49]

동부 블로팅[편집]

본문: Eastern blot

동부 블로팅(eastern blotting) 기법은 단백질의 번역 후 변형(post-translational modification)을 검출하는 데 사용됩니다. PVDF 또는 니트로셀룰로오스 멤브레인에 블로팅된 단백질은 특정 기질을 사용하여 변형을 프로브합니다. [50]

마이크로어레이[편집]

주요 기사: DNA microarray

재생 시간 : 1 분 11 초.1:11인쇄 중인 DNA 마이크로어레이

프로브에 대한 타겟의 하이브리드화

DNA 마이크로어레이는 각 반점에는 하나 이상의 단일 가닥 DNA 올리고뉴클레오티드 단편이 포함된 현미경 슬라이드와 같은 고체 지지체에 부착된 반점의 모음입니다. 어레이를 사용하면 단일 슬라이드에 매우 작은(직경 100마이크로미터) 스폿을 대량으로 배치할 수 있습니다. 각 반점에는 단일 DNA 염기서열에 상보적인 DNA 단편 분자가 있습니다. 이 기술의 변형은 발달의 특정 단계에서 유기체의 유전자 발현을 적격화(발현 프로파일링)할 수 있도록 합니다. 이 기술에서는 조직의 RNA를 분리하여 표지된 상보적 DNA(cDNA)로 변환합니다. 그런 다음 이 cDNA는 어레이의 단편에 혼성화되고 혼성화의 시각화가 수행될 수 있습니다. 정확히 동일한 위치의 단편으로 여러 배열을 만들 수 있기 때문에 건강한 조직과 암 조직과 같은 두 개의 서로 다른 조직의 유전자 발현을 비교하는 데 특히 유용합니다. 또한 어떤 유전자가 발현되는지, 그리고 그 발현이 시간 또는 다른 요인에 따라 어떻게 변하는지 측정할 수 있습니다. 마이크로어레이를 제조하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 가장 일반적인 것은 실리콘 칩, ~100마이크로미터 직경의 반점이 있는 현미경 슬라이드, 맞춤형 어레이 및 다공성 멤브레인에 더 큰 반점이 있는 어레이(매크로어레이)입니다. 주어진 배열에는 100 개의 지점부터 10,000 개 이상의 지점이있을 수 있습니다. 어레이는 DNA 이외의 분자로도 만들 수 있습니다. [51][52][53][54]

대립유전자 특이적 올리고뉴클레오티드[편집]

본문: Allele-specific oligonucleotide

대립유전자 특이적 올리고뉴클레오티드(ASO)는 PCR 또는 겔 전기영동 없이 단일 염기 돌연변이를 검출할 수 있는 기술입니다. 짧은(20–25 뉴클레오티드 길이) 표지된 probe는 단편화되지 않은 표적 DNA에 노출되고, probe의 길이가 짧기 때문에 hybridization이 높은 특이성으로 발생하며, 단 한 번의 염기 변화만으로도 hybridization을 방해할 수 있습니다. 그런 다음 타겟 DNA를 세척하고 하이브리드화되지 않은 프로브를 제거합니다. 그런 다음 표적 DNA를 분석하여 방사능 또는 형광을 통해 프로브의 존재 여부를 확인합니다. 대부분의 분자 생물학 기술과 마찬가지로 이 실험에서도 성공적인 실험을 보장하기 위해 대조군을 사용해야 합니다. [55][56]

분자 생물학에서는 절차와 기술이 지속적으로 개발되고 있으며 오래된 기술은 버려지고 있습니다. 예를 들어, DNA 겔 전기영동(아가로스 또는 폴리아크릴아미드)이 출현하기 전에 DNA 분자의 크기는 일반적으로 값비싼 기기를 필요로 하는 느리고 노동 집약적인 기술인 자당 구배의 속도 침전에 의해 결정되었습니다. 자당 구배(sucrose gradients) 이전에는 점도계(viscometry)가 사용되었습니다. 그들의 역사적 관심 외에도 새로운 기술이 부적합한 또 다른 새로운 문제를 해결하는 데 때때로 유용하기 때문에 오래된 기술에 대해 알 가치가 있는 경우가 많습니다. [57]

같이 보기[편집]

• 우주생물학
• 분자생물학의 중심 교리
• 유전 코드
• Geniom RT 분석기, 진단 테스트 장비
• 게놈
• 분자생물학 연구소
• 분자 공학
• 분자 모델링
• 단백질 상호 작용 예측
• 단백질 구조 예측
• 프로테옴
• 세포 생물학

참고문헌[편집]

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추가 자료[편집]

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외부 링크[편집]

분자생물학에 관한
도서관 자료

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• 라이브러리에 있는 리소스
• 다른 라이브러리의 리소스

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