오늘은 Translation 관련 이론 복습에 이어 Gene Regulation 관련 이론 복습을 해보도록 하겠습니다.
[9일차] Translation 과정 :: Initiation, Elongation, Termination 그리고 Nonsense Mutation
오늘 글부터는 Translation 관련 이론 복습을 해보도록 하겠습니다! Translation은 간단히 말해서 mRNA에 아미노산이 붙은 tRNA가 적합한 mRNA의 codon에 맞게 붙으면서 아미노산들이 결합되어 protein이 합
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먼저 Prokaryotes의 gene regulation을 담당하는 functional complex인 'bacterial operon'에 대해 정리해보도록 하겠습니다.
What is Operon and how it works?
우선, Operon의 사전적 정의는 transcription으로 mRNA를 생산하면서, strucural genes와 regulating elements(operator, promoter 등)로 구성된 closely linked genes의 그룹1)입니다.
선행 논문2)에 따르면, Operon은 대부분 bacterial genomes의 특징이지만, yeasts부터 animals까지 소수의 Eukaryotes에서도 보고되었다고 합니다.
Operons의 구조에 대해 하나씩 떼어 설명하면 structural genes는 metabolic pathway에 관여하는 enzymes를 encode하고,
regulatory elements 중 Promoter는 이전 Transcription 포스팅에서도 설명했듯이 RNA polymers가 DNA에서 전사 전 결합하는 site합니다.
[대학원 준비 5일차] transcription in eukaryotes, 5' methyIguanosine cap(5' capping)과 3
이번엔 rRNA, tRNA에 이어 mRNA의 합성과 프로세스 과정에 대해 살펴보겠습니다. [대학원 준비 5일차] 이론 복습 :: U20 snoRNA, U68 snoRNA, 그리고 tRNA(transfer RNA)오늘은 4일 차 글에 이어 Transcription 관련 이
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Operator는 regulatory gene으로부터 발현되는 regulatory protein(repressor)의 binding site로 보통 promoter에 인접하거나 오버랩되어 있다고 합니다.
위의 영상에서도 소개되었듯이 대표적인 Operon으로 Lac Operon이라는 것이 있는데요, 이는 lactose (inducer)가 있을 때 켜져서 β-galactosidase, galactoside permease, thiogalactoside transacetylase라는 효소들을 생산에 관여합니다.
여기서 Lactose(젖당)는 glucose와 galactose로 구성된 disacchardies인데, 포유류의 milk에서 발견되기에 'milk sugar'라 불리곤 합니다 3).
앞서 소개된 β-galactosidase는 촉매 반응으로 Lactose의 두개의 당(glucose, galatcose)을 연결하던 β-galactoside linkage를 가수분해시켜 연결을 끊습니다.
즉, 세포에서 lactose가 많아지면, β-galactosidase가 합성되게 되어, 이들이 lactose를 분해하여 lactose의 양이 조절되는 것입니다.
galactoside permease는 β-galactosidase lactose를 분해할 수 있도록, loctose를 cell로 transport하는 과정을 촉진하는 단백질입니다. 그렇게 혈당 수준을 조절하는 것이죠.
마지막으로 β-galactoside transacetylase는 acetyl-CoA로부터 아세틸기를 β-galactoside로 옮겨주는 역할 4)을 합니다.
아래는 Lac Operon이 lactose가 repressor에 붙어 repressor를 inactive하게 만들어 operator에 붙지 못해 lactose의 양이 조절되는 과정을 그림으로 나타낸 것입니다.
즉, RNA polymerase가 repressor의 방해 없이 bacterial DNA로부터 mRNAs를 전사할 수 있게되고, 그로부터 lactose의 양을 줄이는 효소 단백질들이 합성되는 것입니다.
그렇게 lactose의 농도가 낮아지게 되면, active repressor가 operator에 붙게 될 가능성이 높아지게 되고, 그렇게 붙게되면 promoter에 RNA polymerase가 붙지 못하게 되어 lactose의 양을 줄이는 효소의 합성이 이루어지지 못하게 됩니다.
여기서 하나 기억할건 bacteria cells는 glucose를 lactose보다 선호하기에 glucose가 있을 땐 어차피 lactose는 사용이 안되기에 β-galactosidase로 분해할 필요가 없어서 보통 lac operon genes는 repressor에 의해 turn off 되어 있고(에너지 효율적),
오직 lactose만 있을 땐 glucose가 β-galactosidase와 같은 효소를 만드는 과정을 억제(repress)하지 못하게 되어 lac operon gene는 turn on이 됩니다. 즉, lactose가 사용되기에 lactose의 양을 조절하는 과정이 이루어지는 것입니다. 아래 영상을 참고하시면 쉽게 이해되실 듯 합니다.
Bacterial Operon에 대해선 이정도까지만 알아보고, 이젠 Eukaryotes에 Gene expression을 regulation하는 과정을 알아보도록 하겠습니다. 다음 글에서 알아보도록 하겠습니다!
참고자료
1) Merrian Webster, Dictionary, operon, URL : https://www.merriam-webster.com/dictionary/operon
2) Osbourn AE, Field B. Operons. Cell Mol Life Sci. 66(23):3755-75. (2009).
3) Kris Sollid, RD. What Is Lactose?. Food Insight. 2024. URL : https://foodinsight.org/what-is-lactose/
4) NAVER 지식백과, 분자세포생물학백과, lac 오페론
lac 오페론
대장균(E.coli)을 포함한 대부분의 세균들은 탄소원(carbon source)으로 포도당(glucose)을 가장 선호하며, 이를 사용하여 세포 성장에 필요한 에너지를 생산하게 된다. 그러나 포도당이 공급되지 않는
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