3-5. 젖당 오페론(Lac Operon) - ① 원핵생물의 유전자 발현 조절 Feat. 프로모터, 작동부위, 구조유전자, 조절유전자
안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.
텔로미어란?
염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,
염색체의 손상을 막아주는 역할을 함
텔로머라제란?
텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소
노화를 방지하는 효소
세포는 핵막의 유무에 따라 원핵세포와 진핵세포로 나눌 수 있습니다. 원핵세포는 핵막이 없는 세포를 말하는데요. 이 때문에 DNA -> RNA 과정인 '전사' 와 RNA -> 단백질 과정인 '번역' 모두 세포질에서 일어나게 됩니다. 진핵세포는 핵막이 있는 세포로 전사는 핵 속에서, 번역은 세포질에서 일어납니다.
전사와 번역 과정에 대한 설명은 이전 블로그에 올려두었으니 한 번 보시고 오는 것을 추천드리겠습니다.
이번 포스트에서는 원핵생물이 유전자 발현을 어떻게 조절하는지 젖당 오페론(Lac Operon)을 통해 설명드리겠습니다.
● 오페론 : 프로모터 + 작동부위 + 구조유전자
원핵세포 내의 DNA는 위 그림과 같이 세포질에 존재합니다. 원핵세포 DNA는 전체가 모두 발현하는 것이 아니라, 하나의 기본 단위로 발현하는데요. 이 기본단위를 오페론(Operon) 이라고 합니다.
**오페론 : 원핵생물의 유전자 발현 기능 단위
오페론은 프로모터, 작동부위, 구조유전자 3 개로 구성됩니다.
프로모터 : RNA 중합효소가 결합하는 부위
작동부위(Operator) : 억제단백질이 결합하는 부위
구조유전자 : 단백질 합성을 암호화하는 부위
작동부위에는 '억제 단백질'이 결합합니다. 억제단백질은 전사가 일어날지, 안 일어날지를 조절하며, '조절 유전자'에서 생성되는데요. 억제단백질 유전정보는 조절유전자에 들어있는 것이죠. 다르게 말해서 조절유전자는 억제단백질을 암호화하는 부위라고 할 수 있습니다. 주의할 점은, 조절 유전자는 오페론에 포함되지 않는다는 것입니다.
조절유전자 : 억제단백질을 암호화하는 부위, 억제단백질 유전정보를 갖는 mRNA를 전사해 억제단백질 생성
** 조절유전자는 오페론 X
조절유전자에서 생성한 억제단백질은 오페론의 작동부위에 결합합니다. 이는 RNA 중합효소가 프로모터에 결합하지 못하게 하는데요. 결국 전사, 번역이 이뤄지지 않아 단백질 합성이 이뤄지지 못합니다.
** 조절유전자에서 억제 단백질 생성 -> 작동부위에 억제 단백질 결합 -> RNA 중합효소가 프로모터에 결합 X -> 구조유전자에 암호화 된 단백질 합성 X
● 젖당 오페론
젖당은 포도당(글루코스) + 갈락토스로 이뤄진 이당류입니다. 젖당이 원핵생물 내로 들어가면, 원핵생물은 에너지 활동을 위해 이를 포도당으로 분해해야 하는데요. 젖당 분해효소를 분비해야 하는 것이죠.
젖당 : 포도당 + 갈락토스
'젖당 오페론' 은 젖당분해효소의 합성을 조절하는 오페론입니다. 젖당이 없을 때는 젖당분해효소를 합성하지 않고, 젖당이 있을 때는 젖당분해효소를 합성하는 것이죠.
젖당 분해효소의 억제단백질은 '작동부위 결합부위' 와 '젖당 결합부위' 를 갖습니다. 억제 단백질이 젖당이 있을 때와 없을 때 어떤 식으로 작용하는지 설명드리겠습니다.
젖당이 있을 때는 억제 단백질의 젖당 결합부위에 젖당이 결합하게 됩니다. 이는 억제 단백질의 작동부위 결합부위에 변성을 일으키는데요. 이 때문에 억제 단백질이 작동부위에 결합하지 못하게 됩니다. 이로 인해 RNA 중합효소는 프로모터에 결합하고, 구조유전자로 전사를 진행해 젖당분해효소를 분비하는 것이죠. 젖당 분해효소 외에도 투과효소와 아세틸기 전이 효소도 분비합니다.
젖당 분해효소 : 젖당을 포도당과 갈락토스로 분해
투과효소 : 원핵생물인 대장균 내로 젖당이 잘 들어올 수 있게 해주는 효소
아세틸기 전이효소 : 정확하게 어떤 작용을 하는지는 아직까지 알려져 있지 X
젖당이 있을 때
1. 억제 단백질이 작동부위에 결합 X
2. RNA 중합효소가 프로모터에 결합
3. 구조유전자 전사 진행
4. 젖당 분해효소 분비 O
젖당이 없을 때는 억제 단백질이 작동부위에 결합해 RNA 중합효소가 구조유전자로 이동하지 못합니다. 젖당분해효소 합성이 이뤄지지 않게 되는 것이죠.
젖당이 없을 때
1. 억제 단백질이 작동부위에 결합
2. RNA 중합효소가 프로모터에 결합 X
3. 젖당 분해효소 합성 X
이렇듯, 젖당 오페론은 젖당 분해효소를 분비해야 할때는 분비하고, 분비할 필요가 없을 때는 분비하지 않아 불필요한 에너지 소모를 줄이는 역할을 합니다.
● 마무리
이번 포스트에서는 원핵생물의 젖당 오페론에 대해 설명드렸습니다. 젖당 오페론은 젖당이 있을 때만 발현하고 없을 때는 발현하지 않는다고 설명드렸는데요. 오페론이 유전자 발현을 조절해 불필요한 에너지 소모를 줄이는 역할을 한다는 것을 이해하셨으면 이번 포스트 내용은 잘 따라오신 것입니다.
이 블로그에서는 텔로미어(Telomere)와 텔로머라제(Telomerase)에 대해 중점적으로 다루고 있습니다. 텔로미어는 염색체 양 끝에 위치한 DNA구조인데요. 세포가 분열할 때마다 염색체 양 끝단인 텔로미어 길이가 짧아집니다. 텔로미어가 더 이상 분열할 수 없을 정도로 짧아지면 분열을 멈춥니다. 세포의 노화가 시작되는 것이죠.
텔로머라제는 이를 방지해 세포 노화를 억제하는 역할을 합니다. 최근 논문들에서는 텔로머라제가 텔로미어 길이 연장 뿐 아니라 다양한 면역 반응에도 관여한다고 하는데요.
텔로머라제에 대한 자세한 내용은 '관련 논문 카테고리'에 올릴 예정이니, 한 번 보시길 바랍니다.
글 마지막 부분에 전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.
※동영상 출처
채널명: 계숙 샘
동영상제목: [생명과학2] 2-5차시 원핵생물의 유전자 발현 조절 - 오페론, 프로모터, 작동부위(작동유전자), 구조 유전자, 조절유전자
