오페론
쉽게 말하면
세균에게 중요한 것은 속도와 절약입니다. 먹이가 바뀌는 즉시 그 먹이를 분해할 효소들을 켜야 하고, 필요 없으면 즉시 꺼야 합니다. 그래서 유전자 발현 조절을 유전자 하나하나가 아니라 묶음 단위로 합니다.
오페론은 세 부분으로 되어 있습니다. 프로모터는 RNA 중합효소가 붙는 자리, 작동 부위는 억제 단백질이 붙는 자리, 구조 유전자는 실제 효소들의 정보를 담은 부분입니다. 억제 단백질이 작동 부위에 붙어 있으면 RNA 중합효소가 앞으로 나아가지 못해 전사가 일어나지 않습니다. 억제 단백질 자체는 오페론 바깥의 조절 유전자에서 따로 만들어집니다.
젖당 오페론이 대표적입니다. 젖당이 없을 때는 억제 단백질이 작동 부위에 붙어 있어 젖당 분해 효소가 만들어지지 않습니다. 젖당이 들어오면 젖당에서 유래한 물질이 억제 단백질에 결합해 그 입체 구조를 바꿔 놓습니다. 모양이 변한 억제 단백질은 더 이상 작동 부위에 붙지 못하고, RNA 중합효소가 지나가며 구조 유전자들이 한 가닥의 mRNA로 전사됩니다. 즉 '유도 물질이 억제를 푸는' 방식입니다.
핵심은 조절 물질이 단백질의 모양을 바꿔 결합 여부를 바꾼다는 데 있습니다. 이것은 효소가 활성 조절을 받는 방식과 같은 원리이고, 진핵세포의 전사 인자도 결국 같은 발상으로 작동합니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1젖당이 없을 때 / 있을 때젖당 없음: 억제 단백질 → 작동 부위 결합 → 전사 차단 → 효소 없음. 젖당 있음: 유도 물질이 억제 단백질에 결합 → 구조 변형 → 작동 부위에서 떨어짐 → 전사 진행 → 효소 생산. 두 줄로 정리해 두면 대부분의 문제가 이 위에서 변형됩니다.
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예시 2돌연변이의 위치에 따라 결과가 달라진다작동 부위가 망가져 억제 단백질이 붙지 못하면, 젖당이 없어도 효소가 계속 만들어집니다. 반대로 억제 단백질을 만드는 조절 유전자가 망가져 억제 단백질이 아예 없어도 결과는 같습니다. '어느 부위의 고장인가'를 묻는 문제는 이렇게 결과가 겹칠 수 있다는 점을 노립니다.
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예시 3구조 유전자 여러 개가 mRNA 하나로오페론의 구조 유전자들은 한 가닥의 mRNA로 전사되고, 그 mRNA에서 여러 개의 효소가 번역됩니다. 진핵세포에서 mRNA 하나가 대개 폴리펩타이드 한 종류만 만드는 것과 확연히 다른 점입니다.
자주 하는 오해
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 유전자의 발현
자주 묻는 질문
Q1진핵세포에도 오페론이 있나요?
Q2억제 방식만 있나요, 촉진 방식도 있나요?
Q3오페론은 왜 세균에게 유리한가요?
세균의 단순한 스위치와 대비해, 사람 같은 진핵세포가 훨씬 여러 단계에서 유전자를 조절하는 방식을 진핵세포 유전자 조절에서 비교해 보세요.
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