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分類:生物學 의 一部
生物學
生命의 科學
索引 (英語) 槪要 用語集 (英語) 歷史 ( 年代表 )
主要 構成 要素 細胞說 生態系 鎭火 系統樹 生命 의 特性 適應 物質代謝 生長 恒常性 生殖 刺戟에 對한 反應 生物의 驛 과 界 細菌驛 古細菌驛 眞核生物驛 ( 動物界 , 菌界 , 植物界 , 原生生物界 )
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分子生物學
學問名	分子生物學

分子生物學 (分子生物學, 英語 : molecular biology )은 分子 水準에서의 生命 現象을 理解하고 그것이 우리가 눈으로 보는 生命 現象과 어떻게 連結되는가를 糾明하는 學問 이다.

1953年 제임스 왓슨 과 크릭 이 DNA 의 二重 螺旋을 發見한 時點에서 分子生物學이 誕生했다고 볼 수 있으며. 以後 分子生物學은 生化學 과 遺傳學 의 領域을 吸收해가며 急激하게 成長해왔다. 現代 生物學 은 基本的으로 分子生物學을 背景으로 하고 있다. 細胞 내 또는 細胞 間에 이루어지는 여러 가지 形態의 相互 作用들을 解釋하는 過程을 基本으로 한다. 現在는 人間誘電體分析事業 (human genome project)李 끝나고, 이 情報를 基盤으로 해 다양한 接近 方法이 試圖되고 있다.

다른 生物學 分野들과의 關係 [ 編輯 ]

分子生物學 硏究者들은 分子生物學 特有의 技法을 使用한다(뒤의 技術部分을 參考). 遺傳學, 生化學의 다양한 技法들과 아이디어들을 融合시켜 發展해나가고 있다. 이들 分野 사이에 正確한 區分을 짓는다는 것은 事實 不可能하다. 위의 圖表는 세 分野의 關係를 圖式的으로 나타낸 것이다. 아래 說明을 參考하며 살펴보기를 勸한다.

• 生化學은 살아있는 有機體에서 일어나는 生命 活動 過程과 그 속에 存在하는 化學物質에 對해 다룬다. 特히 生化學者들은 生體分子의 構造, 機能, 役割에 重點을 두고 硏究한다. 例를 들자면 生體 內에서 活性을 띠는 分子들의 合成過程을 硏究하는 것이 代表的이다.

• 遺傳學은 個體間 遺傳學的인 差異를 다룬다. 大槪 이러한 差異는 突然變異 硏究를 통해서 밝혀진다. 여기서 突然變異란 正常的인 個體(野生型)와 比較하여 하나 以上의 機能的 要素가 缺乏되거나 過剩 保有한 狀態를 말한다.

• 分子生物學은 誘電體의 輻射, 戰死 및 飜譯 過程 全體에서 分子的 基盤을 硏究하는 學問이다. 이 分野의 주된 硏究는 센트럴도그마(central dogma)의 흐름에 따른다. DNA의 戰士로 인해 RNA가 되고 이것의 飜譯過程을 通해 最終的으로 蛋白質이 만들어지는 過程을 일컫는 센트럴도그마理論은 最近 새롭게 밝혀지고 있는 RNA의 機能에 依해 조금씩 修正되고 있다.

大部分의 分子生物學 硏究는 定量分析을 거친다. 最近 컴퓨터 工學의 導入으로 開拓된 生體情報學等 컴퓨터를 利用한 自動化된 硏究 環境이 便利하게 作業을 도와준다. 2000年代 게놈프로젝트에 依해 浮刻된 分子 遺傳學(遺傳子의 構造와 機能을 밝히는 分野)李 現在 가장 活潑한 分子生物學의 下位 分野이다.

漸漸 더 많은 生物學 分野들이 分子에 많은 關心을 기울이고 있다. 細胞生物學 이나 發生學 처럼 直接的으로 分子 自體를 硏究하는 分野도 있고, 分子生物學의 硏究 테크닉을 應用하여 間接的으로 分子를 다루는 進化生物學度 있다. 一例로 生物物理學에는 徹底하게 分子生物學을 硏究하는 것이 오랜 傳統으로 남아있다.

分子生物學에서 使用되는 技法들 [ 編輯 ]

1950年代 後半에서부터 60年代에 이르러 마침내, 分子生物學者들은 細胞 및 機關에서 分子水準의 構成物質 分離,精製 및 把握이 可能해졌다. 이러한 構成成分에는 遺傳暗號로서 기능하는 DNA , DNA의 戰死 체인 RNA 그리고 蛋白質 이 있다.

Expression cloning [ 編輯 ]

蛋白質의 機能을 알아내는 가장 基本的인 技法 中의 하나가 Expression cloning 이다. 過程을 說明하자면 다음과 같은 特徵을 갖는다. 먼저 目標 蛋白質의 아미노산 序列을 暗號化하고 있는 DNA를 플라스미드 에 複製한다( PCR 을 利用하거나 制限 酵素 를 利用한다.).이렇게 만들어진 再組合 플라스미드를 expression vector 라 한다. 이 플라스미드는 目標 蛋白質의 生産을 誘導하는데 쓰이는 特徵的인 프로모터 와 함께 揷入된 DNA가 플라스미드로부터 遺失되지 않도록 도와주는 抗生劑 內省 遺傳子(antibiotic resistance markers)를 가질 수 있다. 이제 만들어진 플라스미드를 박테리아 또는 動物 細胞에 導入한다. 박테리아에 플라스미드를 導入시키는 데는

• 形質轉換 (transformation)-DNA를 直接的으로 넣는 方法,
• 接合 (conjugation)-細胞 細胞間 接觸을 통해
• 形質注入 (transduction)-바이러스를 運搬體로 使用.

이 세가지 方法이 使用된다. 動物細胞와 같은 진핵細胞 의 境遇에는 特別히 트랜스펙션( transfection )이라 부른다. 人산화칼슘(calcium phosphate) 트랜스펙션, 전기천工法(electrotransfection), 微細注入法(microinjection) 그리고 리포솜 注入法(liposome injection)等이 代表的인 트랜스펙션 方法이다. 또한 바이러스나 박테리아를 運搬子로 使用하여 眞核細胞에 DNA를 導入할 수도 있다. 後者의 境遇 種種 박토펙션(bactofection)이라 불린다. 薄土펙션에는 主로 Agrobacterium tumefaciens 라는 박테리아가 使用된다. 導入된 플라스미드는 宿主의 게놈 에 安定的으로 揷入될 수도 있지만 게놈과는 毒릭椄으로 떨어져서 存在할 수도 있다. 이 境遇를 transient transfection이라 한다. 둘 中 어느 쪽이든, 目標 蛋白質을 暗號化한 DNA는 宿主 細胞 內에 存在하므로 只今부터 蛋白質은 發現 可能하다. 프로모터 에 結合하여 遺傳子 發現을 도와주는 다양한 시스템과 特定 信號 傳達 物質들이 모두 存在하므로 可能한 것이다. 一旦 여기까지 進行되면 이제부터 硏究者들은 宿主로부터 大量의 蛋白質을 抽出한다. 硏究者들은 抽出한 蛋白質이 다양한 環境에서 活性을 나타내는지 알아보는 實驗을 하며, 3次 構造의 硏究를 위하여 結晶을 만들기도 한다. 製藥 産業에서는 目標 蛋白質에 作用하도록 開發된 新藥의 性能을 알아보기도 한다.

Polymerase chain reaction( PCR ); 重合酵素 連鎖 反應 [ 編輯 ]

PCR 이라고 흔히 불리는 重合酵素 連鎖 反應은 DNA 를 複製할 때 매우 要緊하게 쓰이는 技法이다. 이 技術은 사람의 게놈 과 같은 매우 複雜하며 羊이 至極히 微量인 DNA 溶液에서 硏究者가 願하는 特定 DNA 斷片만을 選擇的으로 增幅시킬 수 있다. 또한 增幅에 必要한 時間이 2時間 程度로 짧으며, 實驗 過程이 單純하고, 全自動 機械로 增幅할 수 있기 때문에, PCR과 여기서 派生한 여러 가지 技術은 分子生物學, 醫療, 犯罪 搜査, 生物의 分類 等 DNA를 取扱하는 作業 全般에서 至極히 重要한 役割을 擔當하고 있다.

Gel electrophoresis; 겔 電氣 嶺東法 [ 編輯 ]

겔 電氣 嶺東法 은 겔 메트릭스에 電流를 흘려보내 DNA , RNA , 蛋白質 等을 分離하는 實驗 方法이다. DNA, RNA 그리고 蛋白質들이 殿下 를 띠는 性質을 利用 電氣場 內에서 各各을 分離시키는 것이 基本 原理이다. 아가로즈 (agarose)를 겔로 使用했을 境遇에는 DNA와 RNA가 크기에 따라 分離가 된다. 蛋白質의 境遇는 마찬가지로 크기에 따라 分離가 되지만 겔로 SDS-PAGE 를 使用한다는 差異點이 있다. 또 다른 蛋白質 分離에는 蛋白質의 크기와 電荷를 모두 利用해 分離하는 2D-gel electrophoresis 가 있다.

Macromolecule blotting and probing; 高分子의 獲得과 判別 [ 編輯 ]

高分子의 獲得과 判別에는 southern, northern, western, eastern blotting이 使用된다. 技法들의 命名이 四方位에서 따온 것 같지만 四方位와는 聯關이 없다. 最初로 生物學者 Edwin Southern이 DNA를 獲得하는 方法으로서 自身의 이름을 따 開發한 Southern blotting 以後로, 비슷한 方法으로 Patricia Thomas가 RNA를 獲得하는 方法을 開發한다. 以後로 이 技法은 Northern blotting으로 불리게 되었고 나머지 western, eastern blotting 亦是 말장난에 依해 그렇게 불리게 되었다. 以後로 位 技法들을 複合하여 應用한 여러 가지 技法들이 나타났고 그것들의 命名 亦是 위와 비슷하다. 그 例로는 southwestern(蛋白質-DNA 混成), northwestern(蛋白質-RNA 相互作用을 밝힘), farwesterns(蛋白質間의 相互作用을 밝힘)등이 있다.

Southern blotting; 서던 블랏 [ 編輯 ]

開發者 Edwin Southern의 이름을 따서 命名된 Southern blotting은 DNA 샘플 속에 特定 序列이 存在하는지를 判別할 때 使用된다. 制限酵素 處理한 DNA 샘플은 겔 電氣 嶺東 을 통해 分離된 後 毛細管 現象 을 통해 얇은 膜으로 옮겨진다. DNA가 옮겨진 膜에 特定 序列에 相補的인 探針(probe)을 뿌린다. 萬若 特定 序列이 샘플 內에 存在한다면 探針과 結合하여 標識가 나타나게 된다. 表紙에는 元來 放射性 同位元素 를 利用했으나, 現在에는 代替財들이 몇몇 開發되어있다. DNA 샘플에서 바로 序列을 分析하는 PCR 等의 技法들이 存在하기 때문에 Southern blotting 自體는 實驗室에서 그리 많이 쓰이지 않는다. 하지만 如前히 形質轉換 쥐의 形質轉換遺傳子(transgene) 複製 數를 測定하거나 胚芽줄기細胞 의 遺傳子 缺如(knockout) 硏究 等에 쓰이고 있다.

Northern blotting; 노던 블랏 [ 編輯 ]

서로 다른 RNA 샘플들 사이에서 特定 RNA의 發現 樣相을 比較하는데 쓰이는 技法이 노던 블랏이다. RNA는 크기에 따라 電氣 嶺東 을 통해서 分離된 後 얇은 膜으로 옮겨진다. 그 後 서던 블랏(Southern blot)과 마찬가지로 願하는 序列에 相補的인 探針을 만들어 特定 序列의 存在와 孃을 判別한다. 結果物로서 나타나는 밴드의 存在는 特定 序列이 存在함을 말해주고, 밴드의 두께를 通해 RNA의 量을 推定할 수 있다. 살아있는 組織 에서 언제 그리고 어떤 條件에서 特定 遺傳子가 發現되는지를 아는 데 노던 블랏은 매우 有用하게 쓰인다.

Western blotting; 웨스턴 블랏 [ 編輯 ]

웨스턴 블랏(Western blot)이란 特定 蛋白質의 有無 또는 量을 알기 위해 遂行하는 分析方法이다. 主로 蛋白質의 發現 與否를 알기 위해 使用한다. 서던블랏(southern blot)과 노던블랏(northern blot)李 DNA-DNA, DNA-RNA間의 特異性을 利用하는 데 反해 웨스턴 블랏은 蛋白質-蛋白質間의 特異性을 利用한다. 主로 抗原-抗體(Antigen-Antibody)反應을 利用한다

Eastern blotting; 이스턴 블랏 [ 編輯 ]

이스턴 블랏은 蛋白質의 飜譯 後 修正過程을 硏究하는데 쓰이는 技法이다. 蛋白質을 PVDF 或은 니트로셀룰로스(nitrocellulose)膜에 옮긴 後 特異 氣質을 利用하여 蛋白質의 特徵을 알아낸다.

Micro Array [ 編輯 ]

마이크로語레이(Micro Array)에서 DNA 마이크로語레이 는 슬라이드 글라스 따위의 판에 單一 가닥의 DNA 조각을 하나 하나 配列해 놓는 것이다. 그 모습이 마치 圖書館에 冊이 놓여있는 것과 類似해 DNA 圖書館이라고 불린다. Array 技法의 使用으로 한 個의 작은 슬라이드 글라스 위에 엄청나게 많은 數의 작은 절편(直徑이 100 마이크로미터 程度)을 올려놓을 수 있게 되었다. Array에 使用된 各 절편들은 特定 DNA 序列의 相補的으로 만들어진 것인데 이것은 서던 블랏의 原理와 類似하다. Array를 통해 特定 序列의 存在를 確認할 수 있는데, 그러기 위해서는 詳報序列의 對象 DNA가 있을 것으로 推定되는 組織의 RNA를 加工해야 한다. 于先 組織에서 RNA를 獲得한 다음 그 序列을 바탕으로 cDNA(complementary DNA)를 만들어야 한다. 그 後 만들어진 cDNA를 array 床에 뿌려주면, 詳報序列과 結合하여 標示가 나타난다. 同一한 array를 여러 個 만들 수 있는데, 이것을 應用해 여러 個體間 遺傳子 發現 모습을 比較할 수 있다. 特히 癌 組織과 正常 組織間의 比較가 癌 硏究에 큰 도움이 되고 있다.

Allele Specific Oligonucleotide; 對立 形質 特異 올리高뉴클레오타이드 [ 編輯 ]

對立 形質 特異 올리高뉴클레오타이드(ASO)는 PCR이나 電氣泳動의 도움 없이 單一 鹽基 序列 突然變異를 찾아낼 수 있는 技法이다. 20~25個 程度의 뉴클레오타이드로 이루어진 짧은 길이의 特需 表紙된 探針을 切斷 되지 않은 DNA에 뿌려주면 混成畫가 된다. 探針의 매우 짧은 길이 때문에 單一 鹽基 序列의 差異만으로도 混成畫는 잘 이루어지지 못한다. 이렇게 混成畫가 되지 못한 DNA는 씻겨지고 남겨진 探針은 除去된다. 萬若 混成畫가 이루어진다면, 螢光 物質이나 放射性 元素로 表紙된 探針에 依해 實驗者가 混成畫 된 것을 알 수 있디.

같이 보기 [ 編輯 ]

• 誘電體學
• 生命工學技術
• 에너지 代謝

硏究 機關 [ 編輯 ]

• 유럽分子生物學硏究所
  • EBI