유전자가위에서 발견 가능한 화학적 원리
크리스퍼 유전자가위를 주제로 화학1 교과 발표를 준비중입니다. 노벨 화학상을 수상했다는 사실은 알고있지만, 정확히 유전자가위가 화학적으로 작용하는 부분을 잘 모르겠습니다. 유전자가위에서 화학적 원리를 활용한 대목을 알려주세요!
안녕하세요. 황정웅 전문가입니다.
DNA는 각각의 뉴클레오타이드들이 포스포다이에스터 결합으로 사슬처럼 연결되어 있습니다.
유전자가위는 이 포스포다이에스터 결합부분을 가수분해 하여 DNA의 연결부를 끊는 효소입니다.
크리스퍼 유전자가위는 DNA의 특정 염기서열에 상보적으로 붙을 수 있는 가이드 RNA와, DNA를 자르는 Cas 효소 부분으로 이루어져 있습니다.
DNA의 특정서열에 가이드RNA의 상보적 서열이 결합하면, Cas효소가 해당 서열에 작용하여 포스포다이에스터 결합을 가수분해하여 해당 부분의 연결을 끊어 제거합니다. 이후 Cas효소가 특정 서열을 제거하면서 끊어진 DNA사슬 부분에 몇개의 뉴클레오타이드를 추가하여 다시 포스포다이에스터 결합을 형성해 연결해줍니다.
안녕하세요. 유전자 편집은 살아있는 유기체의 Genomic DNA를 결실, 삽입, 대체 또는 변형하는 유전자 조작을 말하는데요, 제3세대 크리스퍼는 길잡이 역할을 하는 가이드 RNA와 특정 염기서열을 자르는 가위 역할인 카스나인(Cas9) 효소가 결합한 구조입니다. 여성 과학자 두 명이 올해 '크리스퍼-카스9(CRISPR-Cas9)' 유전자 가위를 개발한 기여로 노벨 화학상을 공동 수상했는데요, CRISPR-Cas9 시스템에서 가장 중요한 화학적 원리 중 하나는 핵산 상호작용입니다. Cas9 단백질은 가이드 RNA(gRNA)와 결합하여 복합체를 형성합니다. 이 가이드 RNA는 목표 DNA 서열에 상보적인 서열을 포함하고 있어, 특정 DNA 서열을 인식하고 결합하는 역할을 합니다. gRNA와 목표 DNA 서열 간의 상보적 염기쌍 형성은 수소 결합에 의해 이루어집니다. 아데닌(A)은 티민(T)과 두 개의 수소 결합을, 구아닌(G)은 사이토신(C)과 세 개의 수소 결합을 형성합니다. 또한 Cas9 단백질은 DNA를 절단하는 엔도뉴클레아제이며 이 단백질의 기능은 여러 화학적 반응을 포함합니다.
크리스퍼 유전자가위의 핵심 화학적 원리는 DNA와 RNA의 상보적 결합과 효소의 촉매 작용에 있습니다. 가이드 RNA(gRNA)가 표적 DNA 서열과 상보적으로 결합하는 과정은 핵산 염기 쌍의 수소 결합을 기반으로 합니다. 이후 Cas9 단백질(효소)이 DNA를 절단하는 과정은 가수분해 반응을 통해 이루어집니다. Cas9은 DNA의 포스포디에스터 결합을 끊어 이중 가닥 절단을 유발합니다. 이 과정에서 금속 이온(주로 마그네슘)이 중요한 역할을 하며, 효소의 활성 부위에서 촉매 작용을 돕습니다. 또한, 절단된 DNA의 수리 과정에서 일어나는 염기 삽입, 제거, 치환 등은 모두 화학 반응의 결과입니다. 이러한 화학적 원리들이 유전자 편집의 정확성과 효율성을 가능하게 합니다.
안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.
유전자가위의 화학적 원리는 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 크리스퍼-Cas9 단백질은 DNA를 인식하고 결합하는 능력을 가지고 있습니다. 이 단백질은 특정한 DNA 시퀀스를 인식하고 그 부분에 결합하여 DNA를 잘라내는 역할을 합니다. 이 과정에서 화학적 반응이 일어나며 DNA가 잘라지게 됩니다. RNA 분자는 특정한 DNA 시퀀스를 인식하고 그 부분에 결합하여 크리스퍼-Cas9 단백질이 DNA를 잘라내도록 도와줍니다. 이번 발표에서는 이러한 화학적 원리를 자세히 다루어 보시면 좋을 것 같습니다. 감사합니다.
단편적으로는 크리스퍼가위는 기계적 물리적으로 작용합니다.도움이 되셨다면 아래 추천과 좋아요 부탁드립니다.