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19.3C: φX174 - 생물학

19.3C: φX174 - 생물학


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φX174(phiX174)는 세균을 감염시키는 바이러스입니다. 대장균. 따라서 φX174는 박테리오파지. φX174의 각 완전한 감염 입자(비리온)는 단백질과 DNA를 모두 포함하는 코어를 감싸는 단백질 코트로 구성됩니다. 바이러스의 외피는 2개의 단백질(F 및 G) 각각 60개 분자와 다른 단백질(H) 12개 분자를 포함합니다. 비리온의 코어에는 한 분자의 DNA와 네 번째 단백질인 J 단백질 사본 60개가 들어 있습니다. DNA 분자는 단일 가닥(ssDNA)이며 닫힌 원의 형태입니다. 그것은 5386개의 뉴클레오티드를 포함합니다. 이 작은 게놈은 1976년 Fred Sanger에 의해 시퀀싱된 최초의 DNA 게놈이었습니다.

φX174가 숙주에 부착되면 ssDNA 분자가 세포에 삽입됩니다. 여기서 DNA 가닥(+)은 상보적(-) 가닥 합성을 위한 주형 역할을 합니다. 두 가닥은 이중 나선을 형성한 다음 여러 번 복제됩니다. 이 DNA 분자의 마이너스 가닥은 다음 합성을 위한 템플릿 역할을 합니다.

  • mRNA 분자.
  • 약 200개의 상보적(+) DNA 가닥으로, 각각은 나중에 새로운 비리온의 코어에 패키징됩니다.

숙주 세포의 단백질 합성 기계는 바이러스 mRNA 분자를 11가지 다른 종류의 단백질로 번역합니다. 이들 중 4개는 새로운 비리온에 통합될 4개(F, G, H 및 J)입니다. 나머지 7개 단백질은

  • A, A* 및 C는 바이러스 DNA 복제에 역할을 합니다.
  • B와 D는 비리온 단백질이 새로운 비리온으로 조립되는 것을 돕습니다.
  • 새로 합성된 비리온이 탈출할 수 있도록 숙주 세포를 용해
  • K는 비리온 생산을 촉진합니다.

그러나 이들 단백질 중 어느 것도 비리온의 일부가 되지 않습니다.

φX174 DNA에 의해 암호화된 11개의 단백질은 513개의 아미노산을 포함하는 A 단백질에서 38개만 포함하는 J 단백질까지 크기가 다양합니다. 11개의 단백질은 함께 총 1986개의 아미노산을 포함합니다(A* 단백질은 단순히 A 단백질의 단축 버전). 이것은 질문을 제기합니다. 하나의 아미노산을 지정하는 데 3개의 뉴클레오티드가 필요하므로 φX174는 1986개 아미노산을 인코딩하는 데 5958개의 뉴클레오티드가 필요합니다(5958/3 = 1986). 그러나 그것의 DNA 분자는 5386개의 뉴클레오티드를 포함하고 있으며, 이는 1795개의 아미노산을 인코딩하기에 충분할 뿐입니다. 게다가, 217개의 뉴클레오티드는 어떤 것도 암호화하지 않는 것으로 밝혀졌지만, 그 중 일부는 제어 신호를 제공합니다. 따라서 코딩 뉴클레오티드는 5169개뿐이며 우리는 이들이 1723개 아미노산만 코딩할 수 있을 것으로 예상합니다. φX174는 어떻게 나머지 아미노산의 조립을 지시합니까?

겹치는 유전자

그것은 두 개의 다른 아미노산 서열을 암호화하기 위해 뉴클레오티드의 일부 스트레치를 사용함으로써 그렇게 합니다. 원리는 정말 간단합니다. 그것은 두 개의 다른 "판독 프레임"에서 코돈을 읽는 것, 즉 3개의 이동된 클러스터에서 뉴클레오티드를 그룹화하는 것을 포함합니다.

예를 들어, 시퀀스
. GAGCCGCAACTTC . .
세 가지 다른 판독 프레임으로 읽을 수 있습니다.
. GAG CCG CAA CTT C . 인코딩하는 . Glu-Pro-Gln-Leu . .
또는
. G AGC CGC AAC TTC . Ser-Arg-Asn-Phe . GA GCC GCA ACT TC . 알라-알라-쓰르 . .

φX174는 실제로 이들 중 2개를 사용하며, 보시다시피 각각은 완전히 다른 아미노산 서열을 인코딩합니다.

단일 뉴클레오타이드(A)가 세 개의 다른 코돈에 참여하는 한 지점도 있습니다.

  • 이것은 단백질 A의 최종 아미노산(Lys)에 대한 코돈(AAA)의 세 번째 뉴클레오티드입니다.
  • K 단백질에서 Asn을 암호화하는 코돈 AAT의 중간 뉴클레오티드; 그리고
  • ATG의 첫 번째 뉴클레오타이드, 메티오닌(Met)을 단백질 C의 시작 위치에 배치하는 코돈.

왜 겹치는 유전자인가? φX174 가장 작은 바이러스 중 하나입니다. 겹치는 유전자를 사용하면 주어진 양의 DNA에 저장할 수 있는 정보의 양을 늘릴 수 있습니다. φX174 게놈은 가장 먼저 시퀀싱되었을 뿐만 아니라 실험실에서 화학적으로 합성된 최초의 게놈이기도 합니다. 에 도입되었을 때 대장균, 이 합성 분자는 온전한 바이러스를 생산할 수 있는 완전히 전염성이 있었습니다.

위는 감염자에서 추출한 이중나선 φX174 DNA의 전자현미경 사진입니다. 대장균 세포. 막대는 0.5 μm를 나타냅니다. (David T. Denhardt 제공)



코멘트:

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