▎생명과학 ② 8-1. 유전자와 형질 발현, 유전자 단백질, 1유전자 1효소설
1. 유전자와 단백질
1) 형질 발현과 유전자 : 유전자로부터 표현형이 나타나기까지의 과정을 형질 발현이라고 하며, 유전자에 의해 만들어진 단백질(효소)이 형질 결정과 관련이 있다는 것은 1941년비들과 테이텀의 실험에 의해 입증되었다.
2) 비들과 테이텀의 영양 요구주 실험
① 실험재료 : 비들과 테이텀은 붉은 빵 곰팡이의 야생종을 돌연 변이시켜 얻은 영양 요구주를 연구하여 유전자와 형질의 관계를 연구하였다.
ⓐ 야생종 : 최소 배지에서도 필요한 물질을 스스로 합성하여 잘 자란다.
ⓑ 돌연변이종 : 야생조에 X선을 쪼여 얻은 돌연 변이로, 아르기닌을 합성할 수 없기 때문에 특정 영양소를 공급하지 않으면 자랄 수 없는 영양 요구주이다.
② 실험 과정: 다음 그림과 같이 최소 배지에 아미노산의 한 종류인 오르니틴과 시트룰린, 아르기닌 중 한 가지를 넣고 각 돌연 변이주의 생장을 관찰하였다.
☺아르기닌 [ arginine ]
생체 내의 대사경로로서는 오르니틴회로의 구성성분이며, 아르기나아제의 작용에 의하여 요소와 오르니틴으로 분해된다. 시트룰린과 아스파라긴산으로부터 생성된다. 성인에게는 비필수 아미노산이지만 유아에게는 필수아미노산이다. 암모니아나 대량의 아미노산의 독작용에 대하여 보호하는 작용이 있다. 뇌에는 아르기나아제가 존재하며, 膨(팽) -구아니디노부티르산이 전구체인 아르기닌의 양을 조절하고 있다. 무척추동물에서는 아르기닌인산의 형태로 포스파겐으로서 근육의 수축에 중요한 역할을 하는 것 외에, 특이한 구아니딘염기(마그마틴, 옥토핀)의 전구체로서 널리 존재한다.
③ 실험 결과
ⓐ Ⅰ형 : 최소 배지에 오르니틴, 시트룰린, 아르기닌 중 한 가지만 넣어 주면 산다.
ⓑ Ⅱ형 : 최소 배지에 오르니틴만 넣어 주면 살지 못하지만, 시트룰린이나 아르기닌 중 한 가지를 넣어 주면 산다.
ⓒ Ⅲ형 : 최소 배지에 오르니틴이나 시트룰린을 넣으면 살지 못하지만, 아르기닌을 넣어 주면 산다.
④ 정리
ⓐ 아르기닌은 다음 그림과 같은 경로를 통해 합성되며, 각 영양 요구성 돌연 변이주들은 아르기닌을 합성하는 대사 과정에 이상이 생겨 필요한 물질을 합성하지 못한다.
⇨ Ⅰ형 돌연 변이는 오르니틴 합성 효소를 만들지 못하고,
Ⅱ형 돌연 변이는 시트룰린 합성 효소를 만들지 못하며,
Ⅲ형 돌연 변이는 아르기닌 합성 효소를 만들지 못한다.
ⓑ 물질 대사 과정은 효소에 의해 촉매 되므로 각 영양 요구주들은 효소 생산에 관여하는 유전자에 돌연 변이가 일어나 특정 효소를 합성하지 못한다.
3) 1유전자 1효소설
① 1유전자 1효소설 : 비들과 테이텀은 붉은 빵 곰팡이를 이용한 실험 결과를 통해 하나의 유전자는 한 가지 특정한 효소의 합성을 지배하고, 이 효소가 특정 물질의 합성에 관여한다는 1유전자 1효소설을 주장하였다. 1유전자 1효소설은 1유전자 1폴리펩티드설로 수정되었다.
② 1유전자 1폴리펩티드설 : 여러 가지 효소나 헤모글로빈에서와 같이 둘 이상의 폴리펩티드가 모여 하나의 단백질을 이루는 것이 밝혀지면서 1유전자 1효소설은 1유전자 1폴리펩티드설로 수정되었다.
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