핵심세포생물학(3판)-Cell Biology:A Short Course

핵심세포생물학(3판)-Cell Biology:A Short Course


우리는 이전에 출판된 Cell Biology: A Short Course에서 세포생물학의 전반을 다루면서도, 특히 학부 1학년 학생들을 위하여 내
용, 가격과 무게가 그들에게 벅차지 않도록 하는 것을 목표로 하였다.
우리는 이 목표를 유지하면서 책을 전체적으로 개정했고 암(癌)과 면역 체계의 항목을 추가하였다.
또한 더욱 많은 의학적 사례가 제시되었고 이 사례들은 잘 알려져 있지 않은 유전질환보다는 의학 강의에서 다뤄진 주제들에 집
중되어있다.
이 책의 전체적인 주제는 생명의 단위로서의 세포이다. 우리는 1~3장에서 현미경으로 관찰되는 세포의 구성을 묘사하는 것으로
시작한다. 4~8장에서는 분자 생물학의 센트럴 도그마를 조명하고 DNA가 어떻게 RNA(단백질을 구성하는 데 사용되는)를 만드는
데 사용되는지 배운다. 다음 9~11장에서는 단백질이 어떤 방식으로 세포의 안과 밖의 적절한 위치에 전달되고, 단백질의 다양한
기능이 어떻게 사용되는지 알려준다. 12~14장에서는 세포가 화학 에너지와 전기 에너지를 어떻게 조작하고 사용하는지 배우게 된
다. 세포 간에 진행되는 화학적 신호 전달은 15~16장에서 다뤄진다. 17장에서 조명되는 세포골격은 18장의 주제인 세포분열 현상
과 세포사멸에 커다란 역할을 한다. 19장에서는 이 판에서 처음으로 소개되는 면역 체계를 탐구한다. 마지막으로 20장에서는 흔
하지만 심각한 유전질환인 낭포성 섬유증의 사례를 들어 앞 장들의 주제들을 설명한다.
이 책의 전반에 걸쳐 제시되는 사각 도형 안의 주제들은, 의학 관련에서는 본문 내용을 설명하는 의학적 사례를 묘사하고 그 주
제의 의학적 타당성을 설명하며, 심화 정보에서는 본문의 내용을 더욱 심도 있는 주제로 발전시키는 항목들로 나누어져 있다.
각 장 마지막의 생각하는 문제들은 독자들이 얼마나 주제에 대해 잘 습득하고 이해했는지 확인할 수 있게 한다. 또한 각 장에는
서술형 문제가 있어 독자 자신의 생각을 기를 수 있다.







01 세포와 조직 CELLS AND TISSUES
현미경의 원리 3
광학현미경 ● 3
전자현미경 ● 4
주사형 전자현미경 ● 6
단지 두 종류의 세포 10
세포분열 ● 11
바이러스 11
진핵세포의 기원 12
동물에서의 세포 전문화 12
줄기세포와 조직 대체 14
세포벽 15

02 물과 거대분자 WATER AND MACROMOLECULES
화학결합: 전자 공유 19
물과의 상호작용: 용액 21
이온화합물은 극성 용매에서만 용해된다 ● 21
산은 물에 H+을 내는 분자이다 ● 22
염기는 물로부터 H+을 받는 분자이다 ● 24
등전점 ● 25
수소결합은 수소 원자를 공유할 때 형성된다 ● 25
생물학적 고분자 25
탄수화물: 사탕과 수수 26
당의 분류 ● 26
이당류 ● 27
당에서 힘이 나온다 ● 28
변형된 당 ● 29
생물학적인 산화와 환원은 전자의 이동과 관련되어 있다 33
아미노산, 폴리펩티드 및 단백질 34
지질 35
가수분해 38

03 막과 세포소기관 MEMBRANES AND ORGANELLES
세포막의 기본 특성 47
직접 막을 통해: 이중층을 통한 확산 ● 48
세포연접 ● 49
이중막으로 둘러싸인 세포소기관 51
핵 ● 51
미토콘드리아 ● 52
단일막으로 둘러싸인 세포소기관
퍼옥시솜 ● 53
소포체 54
골지체 54
리소솜 54

04 DNA의 구조 및 유전암호 DNA STRUCTURE AND THE GENETIC CODE
DNA의 구조 57
DNA 분자는 이중나선이다 ● 59
두 DNA 사슬은 상보적이다 ● 60
다른 형태의 DNA ● 60
유전물질로서의 DNA 61
DNA 분자를 염색체로 뭉치기 62
진핵세포의 염색체 및 염색질의 구조 ● 62
원핵세포의 염색체 ● 64
플라스미드 ● 64
바이러스 ● 64
유전암호 64
아미노산의 약자 ● 65
유전암호는 모호하지 않은 축중성을 띤다 ● 65
개시코돈 및 종결코돈 그리고 해독틀 ● 68
유전암호는 거의 보편적이다 ● 68
착오 돌연변이 ● 69

05 자료 저장 매체로서의 DNA DNA AS A DATA STORAGE MEDIUM
DNA 복제 71
DNA 복제분기점 ● 72
복제 시 단백질이 DNA 이중나선을 개방한다 72
DnaA 단백질 ● 73
DnaB 및 DnaC 단백질 ● 73
단일가닥 결합단백질 ● 73
DNA 복제의 생화학 73
DNA 합성에는 RNA 프라이머가 필요하다 ● 73
RNA 프라이머는 제거된다 ● 75
자가교정 능력의 DNA 중합효소 ● 75
잘못 짝지음 수복을 통해 교정 기능을 보완한다 ● 76
복제 후 DNA 수복 77
자연발생적 및 화학유도성 염기 변화 ● 77
수복 과정 ● 78
진핵세포의 유전자 구조 및 구성 80
인트론과 엑손: 진핵세포 유전자의 또 다른 복잡성 ● 80
진핵세포 DNA의 주요 분류 ● 80
유전자의 명명법 83

06 전사와 유전자의 발현 조절 TRANSCRIPTION AND THE CONTROL OF GENE EXPRESSION
RNA의 구조 87
RNA 중합효소 87
유전자의 표기 88
박테리아의 RNA 합성 89
박테리아에서의 유전자 발현 조절 91
유도성 오페론인 lac ● 92
억제성 오페론인 trp ● 95
진핵세포의 RNA 합성 96
진핵세포의 mRNA 가공 ● 97
진핵세포 유전자의 발현 조절 98
글루코코르티코이드는 원형질막을 가로질러 전사를 활성화시킨다 ● 100

07 재조합 DNA와 유전공학 RECOMBINANT DNA AND GENETIC ENGINEERING
DNA 클로닝 105
클론 생성 106
외부 DNA 분자를 박테리아에 도입 ● 106
cDNA 클론의 선별 ● 110
유전체 DNA 클론 ● 112
DNA 클론의 사용 115
DNA 염기서열 결정 ● 115
서던 블로팅 ● 117
원위치 잡종화 ● 118
노던 블로팅 ● 118
박테리아에서 포유동물 단백질의 생산 ● 118
단백질공학 ● 120
중합효소 연쇄반응 ● 122
질병 관련 유전자 파악 ● 122
역유전학 ● 123
형질전환 생쥐 및 유전자제거 생쥐 ● 123
유전병 DNA 검사에 대한 윤리적 측면 125

08 단백질 제조 MANUFACTURING PROTEIN
아미노산과 tRNA의 결합 130
tRNA, 안티코돈 그리고 워블 ● 130
리보솜 131
박테리아의 단백질 합성 133
리보솜결합 부위 ● 133
사슬 형성 개시 ● 134
70S 개시복합체 ● 134
박테리아에서 단백질 사슬의 신장 ● 134
폴리리보솜 ● 136
단백질 합성의 종결 ● 136
리보솜은 재활용된다 ● 137
진핵세포의 단백질 합성은 조금 더 복잡하다 ● 138
항생제와 단백질 합성 ● 138
단백질의 파괴 ● 140

09 단백질의 구조 PROTEIN STRUCTURE
단백질의 명명법 143
아미노산의 중합체 144
아미노산 단위체 ● 144
각 아미노산의 독특한 성질 ● 147
자연계에서 발견되는 기타 아미노산 149
단백질의 3차원 구조 149
수소결합 ● 149
정전기적 상호작용 ● 149
반데르발스 힘 ● 149
소수성 상호작용 ● 150
이황화결합 ● 150
여러 수준의 복잡성 151
1차 구조 ● 151
2차 구조 ● 153
3차 구조: 영역과 모티프 ● 155
4차 구조: 단백질 소단위체의 조립 ● 157
보조분자단 158
1차 구조는 더 높은 수준의 구조를 형성하는 데 필요한 모든 정보를 포함한다 159

10 세포내 단백질 수송 INTRACELLULAR PROTEIN TRAFFICKING
세포내 단백질 수송의 세 가지 방식 163
표적서열 ● 164
잔류 ● 165
핵과 관련된 수송 165
핵공복합체 ● 165
핵공을 통한 개폐수송 ● 166
GTP 가수분해효소와 GDP/GTP 주기 ● 166
핵수송에서 GTP 가수분해효소 ● 168
막 사이의 수송 169
미토콘드리아로의 수송 ● 169
샤페론과 단백질 접힘 ● 170
퍼옥시솜으로의 수송 ● 170
조면소포체에서의 합성 ● 170
글리코실화: 소포체와 골지체 ● 171
세포소기관 사이의 소낭수송 172
분리와 융합의 원리 ● 173
소낭 형성 ● 173
코토머 피복소낭 ● 174
클라트린 피복소낭 ● 174
원골지망과 단백질 분비 ● 174
리소솜으로 단백질 표적화 ● 175
융합 ● 176

11 단백질은 어떻게 작동하는가 HOW PROTEINS WORK
단백질은 어떻게 다른 분자와 결합하는가 179
역동적인 단백질 구조 179
다른자리입체성 효과 ● 179
단백질의 모양을 전환시키는 화학적 변화 ● 182
효소는 단백질 촉매제이다 183
효소반응의 초기속도 ● 186
기질 농도가 초기속도에 미치는 영향 ● 187
효소 농도의 영향 ● 188
특이성상수 ● 188
보조인자와 보조분자단 188
효소는 조절될 수 있다 190

12 세포내 에너지 교환 ENERGY TRADING WITHIN THE CELL
세포의 에너지 화폐 195
환원된 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 ● 196
뉴클레오시드삼인산 ● 197
미토콘드리아 막 사이의 수소 이온 농도 기울기 ● 198
원형질막의 나트륨 기울기 ● 198
에너지 화폐는 서로 전환 가능하다 199
네 가지 에너지 화폐 사이의 전환 체계 ● 199
전자전달사슬 ● 200
ATP 합성효소 ● 201
나트륨/칼륨 ATP 가수분해효소 ● 203
ADP/ATP 교환자 ● 208
모든 수송체는 방향을 바꿀 수 있다 ● 208

13 대사 METABOLISM
크렙스회로: 대사과정이 교차되는 중심 212
포도당에서 피루브산염으로: 해당과정 213
무산소 상태의 해당과정 ● 215
글리코겐은 해당과정에 사용될 포도당을 제공한다. ● 216
포도당은 산화되어 5탄당을 만들 수도 있다 ● 217
지방에서 아세틸-CoA로: β 산화 219
또 다른 대사에너지원인 아미노산 219
포도당 만들기: 포도당신생합성 220
글리코겐 만들기: 글리코겐합성 223
지방산, 글리세리드 및 콜레스테롤 만들기 224
아미노산 합성 226
에너지 생산 조절 227
되먹임과 앞먹임 ● 227
해당과정의 음성 되먹임 조절 ● 228
근육세포에서 앞먹임 조절 ● 228

14 이온과 전압 IONS AND VOLTAGES
칼륨 경사와 휴지전압 233
칼 륨통로는 칼륨 이온이 원형질막을
통과할 수 있게 한다 ● 234
농도경사와 전기적 전압은 균형을 이룬다 ● 235
염소 이온 경사 237
통로의 일반적인 특성 237
수송체의 일반적인 특성들 240
포도당 수송체 ● 240
나트륨/칼슘 교환자 ● 240
효소 작용을 겸비한 수송체: 칼슘 ATP 가수분해효소 ● 241
전기적 신호 242
통증 수용기 신경세포 ● 242
전압개폐 나트륨통로 ● 245
나트륨 활동전위 ● 245
신호의 강도는 활동전위 발생빈도로 부호화된다 ● 246
수초형성과 빠른 활동전위 전달 ● 248

15 세포내 신호전달 INTRACELLULAR SIGNALING
칼슘 255
칼슘은 세포외 기질에서 들어올 수 있다 ● 255
칼슘은 소포체에서 방출될 수 있다 ● 257
세포질의 칼슘에 의해 활성화되는 과정은 매우 다양하다 ● 259
휴지 수준으로 되돌아가는 칼슘 ● 261
고리형 아데노신일인산 261
고리형 구아노신일인산 263
다수의 전달자 263
생화학적 신호전달 264
수용체 티로신인산화효소와 MAP 인산화효소의
단계적 연쇄반응 ● 264
성장인자는 칼슘 신호를 개시할 수 있다 ● 266
단백질인산화효소 B와 포도당 수송체:인슐린은 어떻게 작용하는가 ● 266
사이토카인 수용체 ● 268
크로스토크 ― 신호전달 경로인가 신호전달 망인가? 268

16 세포 간 의사소통 INTERCELLULAR COMMUNICATION
전달물질과 수용체의 분류 273
이온성 세포표면수용체 ● 273
대사성 세포표면수용체 ● 273
세포내 수용체 ● 274
전달물질 수명에 따른 분류 ● 275
신속한 의사소통: 신경세포에서 그들의 표적으로 275
억제성 전달: 염소투과적 이온성 수용체 ● 277
어떻게 신경세포는 신체를 제어할까 ● 277
주변분비성 전달물질과 근육으로의 혈류 조절 280
혈액공급도 호르몬의 조절 아래에 놓여 있다 ● 281
성장하는 근육 내의 새로운 혈관 ● 281
주화성 282
발생과정 동안의 신호 282
고유신호 ● 283
유도신호 ● 284

17 기계적 분자들 MECHANICAL MOLECULES
미세소관 287
미세소관-기반 운동성 289
섬모와 편모 ● 290
세포내 전달 ● 291
미세섬유 292
근수축 ● 293
세포 이동 ● 294
중간섬유 295
부착세포연접 ● 296

18 진핵세포에서 세포주기와 세포수의 조절 CELL CYCLE AND THE CONTROL OF CELL NUMBER IN EUKARYOTES
유사분열의 단계 301
감수분열과 수정 303
감수분열 ● 303
수정과 유전 ● 305
교차와 연관 ● 306
세포분열주기의 조절 307
확인지점이 세포주기가 언제 멈추고 언제 가야 할지를 알려준다 ● 310
세포주기의 끝 ● 311
세포주기와 암 ● 311
혈관형성 ● 312
아폽토시스 312
지시된 죽음: 죽음 도메인 수용체 ● 313
기본 죽음: 성장인자의 부재 ● 313
환자는 죽게 된다:스트레스-활성화 아폽토시스 ● 315

19 면역계의 세포생물학 THE CELL BIOLOGY OF THE IMMUNE SYSTEM
면역계의 세포 319
B 세포와 항체 319
다른 항체 동형체 ● 321
항체 구조의 유전적 기초 ● 321
T 세포 325
CD8+ T 세포의 작용 ● 326
CD4+ T 세포의 작용 ● 327
자가면역질환 329

20 사례 연구: 낭포성 섬유증 CASE STUDY: CYSTIC FIBROSIS
낭포성 섬유증은 심각한 유전적 질병이다 333
낭 포성 섬유증의 근본적인 병소는 염화물 수송에 있다 334
CF 유전자로 돌아가서 334
CF 유전자 클론 335
CFTR 유전자는 염화 이온통로를 암호화한다 335
새로운 CF 치료법 335
CF 진단 테스트 338
CF의 출생이전 착상 진단 338
전망 339

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