돌연변이의 생화학적 근거
돌연변이체는 DNA의 염기서열 또는 표현형이 변화된 생물체로 정의될 수 있다. 이들 두 정의는 종종 동일한 표현인데, 왜냐하면 DNA 분자내의 한 염기에서의 변화는 단백질의 아미노산 서열의 변화를 유발할 수 있기 때문이다. 각 단백질의 화학적 그리고 물리학적 특성은 이들의 아미노산 서열에 의해 결정되므로 한 아미노산의 변화는 단백질을 불활성화시킬 수 있다. 이전 포스팅에서 설명한 단백질 구조에서 알 수 있듯이 어떻게 아미노산의 치환이 단백질의 구조와 생물학적 활성을 변화시킬 수 있는가는 쉽게 이해할 수 있다. 예를 들어 때로 3차 구조가 전적으로 하나의 양성 아미노산과 한 음성 아미노산의 상호작용으로 결정된 가상적인 단백질을 생각해 볼 수 있다. 리신이 중성인 메티오닌으로 치환되면 3차 구조는 완전히 파괴될 것이며 글루탐산이 양성의 히스티딘으로 치환되어도 동일한 결과일 것이다. 마찬가지로 소수성 집단에 의해 안정화되어 있는 단백질에서 비극성의 류신이 극성의 글루타민으로 치환되면 그 단백질의 3차 구조가 파괴된다.
염기치환이 하나 일어났다고 해서 표현형이 반드시 변하는 것은 아니다. 코돈의 중복성 때문에 어떤 염기의 변화는 아미노산 서열을 변화시키지 못하고, 약간의 아미노산의 변화는 단백질의 구조에 심각하게 영향을 미치지 않는 것이다. 단백질의 입체적 구조는 여러 가지 상호작용에 의하여 형성되는 것이므로 하나의 아미노산의 치환은 다만 부분적인 파괴효과 밖에 나타내지 못하는 경우가 많다. 예를 들어 루신 대신 이소루신으로 완전히 치환되면 중성이 되지만, 페닐알라닌과 같은 큰 아미노산으로 치환된 경우 소수성 묶음은 유지되고 약간의 구조적 변화를 유발한다. 이렇게 되면 효소의 활성 손실보다는 활성감소를 나타낸다. 아데닌을 합성하는 효소에 이러한 돌연변이가 일어난 세균의 경우 아데닌을 성장배지에 제공하지 않는 한 매우 느리게 성장한다. 이러한 돌연변이를 누설돌연변이라 한다. 이러한 돌연변이들은 일반적으로 유전학 연구에 크게 유용하지 않다. 그러나 사람의 몇몇 유전병은 이러한 누설 돌연변이에 기인한다. 예를 들면 하고 있는 유전자에 점돌연변이가 생긴 결과 촉매능이 현저히 감소된 효소가 만들어진다. 이러한 돌연변이 유전자를 가진 사람은 설파계 항생제 항말라리아제 좀약 그리고 어떤 형태의 건조된 콩을 포함하는 여러 가지 일상 물질에 노출되었을 경우 용혈성 빈혈증을 유발시킨다.
일반적으로 말해서 아래와 같은 아미노산 치환은 누설 돌연변이가 될 수 없다.
극성 아미노산 <----> 비극성 아미노산
아미노산 기호의 변화(+<-->-)
작은 곁사슬 <----> 큰 곁사슬
황화물 <----> 다른 곁사슬
수소결합 아미노산 <----> 비 수소결합 아미노산
프롤린 <----> 다른 아미노산
기질 결합부위에서의 변화
돌연변이 유발
돌연변이체가 생성되려면 DNA의 염기서열에 변화가 생겨야 한다. DNA의 구조를 변화시키는 기작은 DNA 복제시 염기치환, 부가, 결실, 염기 또는 N-글리코시드 결합이 가지고 있는 본래의 화학적 불안 정성으로부터 생기는 염기변화, 그리고 또 다른 화학적 및 환경적 물질에 의하여 야기되는 변화 등 여러 가지가 있다.
유도 돌연변이
생물은 살아있는 돌안 유전물질에 손상을 입을 수 있는 여러가지 물리-화학적 그리고 생물적 요인에 노출되어 있다. 각 요인은 그 고유의 작용기작을 가지고서 DNA 분자에 각각 독특한 형태의 손상을 주는 경향이 있다. 위치-특이적 돌연변이 유발방법이 광범위하게 사용되기 때문에 과거와는 달리 화학적 돌연변이 유발물질들은 실험목적으로 더 이상 널리 사용되지는 않는다. 그러나 그들은 돌연변이와 돌연변이 유발현상을 이해하는데 많은 도움을 주어왔다.
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