제9장 유전물질
제1절 유전물질의 발견
1. 유전물질의 발견
* Griffithe(1928): Diplococcus pneumoniae(폐염쌍구균) III-S균(병원성)을 가열하여 II-R(비병원성)과 같이 혼합하면 II-R가 병원성으로변한다.
* Avery(1944): III-S균의 DNA를 추출하여 II-R균에 혼합해도 병원성이 된다-->형질전환(transformation)
* DNA가 유전에 관여하는 증거
1) 2배체의 DNA함량은 종내에서 일정하다.
2) 정자, 난자등의 반수체의 DNA함량은 2n의 1/2
3) DNA함량은 세포주기의 중간기중에 2배
4) 삼배체나 사배체등에서는 DNA가 반수체의 3배, 4배에 해당한다.
5) DNA의 최대 흡광파장은 260nm (돌연변이가 가장많이 일어난다).
6) 박테리아파지의 DNA가 박테리아 세포내로 침입
2. Watson-Crick의 DNA 모형구조
* Watson과 Crick(1953): DNA가 이중라선(double helix)구조
1) thymine=adenine; cytosine=guanine;
2) pyrimidine(cytosine+thymine) = purine(adenine+guanine)
3) (thymine+adenine)/(cytosine+guanine)의 비는 종에 따라 다양하다.
4) Wilkins 와 Franklin: 한단계 0.34nm, 360도 한주기당 3.4nm
5) DNA모형은 유전정보전달, 유전정보의 발현, DNA의 복제, 유전정보의 다양성을 설명
제2절 화학적 조성 및 구조
1. DNA의 구성성분
(1) 뉴클레오티드의 구성성분
* 핵산의 기본 단위(nucleotide); 당 + 염기 + 인산
* ribose->Rockefeller Institute of Biochemistry가 처음 발견하여 첫글자를 따서 명명
* 핵산->5탄당(pentose)(ribose와 deoxyribose); deoxyribose->2'탄소에 OH대신 H만으로 결합
* 그림 9-2 참조
(2) 당과 염기의 연결
* 당분자의 OH기와 염기분자의 H가 결합-->H2O로 떨어져 나가고 결합(nucleoside가된다)
* 당과 염기결합->당의 1'과 피리미딘의 1번 N, 퓨린의 9번 N과 결합
* syn형태->당과 염기가 같은 방향으로 연결,
anti형태->당과 염기가 어긋나게 배치된 형태(대부분의 DNA형태)
* deoxyribose + 염기-->deoxynucleoside (deoxyadenosine, deoxyguanosine, deoxycytidine,
deoxythymidine)
ribose + 염기-->ribonucleoside (adenosine, guanosine, cytidine, uridine)
(3) 인산과 당의 연결
* 인산기->3개의 음전하부분중 한부위는 5탄당의 5'번 탄소 부위의 알콜기와 에스텔결합
다른 한부위는 다른 5탄당의 3'번 탄소 부위의 알콜기와 에스텔결합
--> 5'-3'인산2에스텔(phosphodiester)결합, 나머지 한개의 음전하는 그대로남아서 산성띰.
(4) 뉴클레오티드(nucleotide)형성
* 뉴클레오시드(당+염기)에 5' 탄소에 인산기가 결합된 것을 뉴클레오티드->핵산의 기본
* 뉴클레오티드:deoxyadenosine monophosphate(dAMP), deoxyguanosine monophosphate(dGMP),
deoxycytidine monophosphate(dCMP), deoxythymidine monophosphate(dTMP)
(5) 폴리뉴클레오티드형성
* polynucleodtide: 뉴클레오티드의 중합체-> DNA 또는 RNA의 한가닥을 이룬다.
* 폴리뉴클레오티드에 새로운 뉴클레오티드가 연결될 경우 항상 3'말단에 연결
--> 5'에서 3'쪽 방향으로 합성된다.
2. DNA의 구조
* 핵산의 특성: 역평행성(antiparallel), 상보성(complementary), 나선형(helicoid)
(1) 역평행성
* 2개의 폴리뉴클레오티드 가닥은 나란히 배열 되어 있으나 그방향이 서로 반대로 향하있다.
(2) 염기의 상보성
* adenine + thymine(2중결합); cytosine + guanine(3중결합) 만이 결합(한가닥의 염기 서열을
알면 다른 가닥의 염기 서열도 알수있다).
* 염기서열: 뉴클레오티드의 배열 순서
* DNA 변성: DNA에 열을 가하면 2중 나선 염기사이의 수소 결합이 풀어지면서 외가닥 상태로 됨.
(C≡G)결합이 (A〓T)결합보다 많은 DNA는 변성 온도가 상대적으로 높다.
* DNA재생(renaturation):온도가정상으로되면 다시DNA가 처음의 이중나선으로 되돌아 오는 현상
(3) 나선형
* 중앙축이1회전하는데 10개의 염기쌍이배열된다.(1회전의 길이3.4nm, 2중나선의 지름 2nm)
* B-DNA: 2중나선의 골격과 골격사이에 작은 홈과 큰홈으로 이루워 진것(대부분의 DNA)
* A-DNA: 1회전에 11개의 염기(심한 탈수현상이나 염농도가 높을 때에 나타남)
* Z-DNA: 당-퓨린이 syn형일때 나선형이 아니고 지그제그형이 된다. 1회전에 12개 염기쌍, 1회전
길이 4.46 nm, 2중나선의 지름 1.8 nm(유전자발현의 조절과
관계있음을 추측)
제3절 DNA 복제
1. 반보존적 복제(Smi-conservative replication): 세포주기에서 유사분열 전인 중간기에 DNA의
복제가 일어난다. 2중라선의 수소결합이 풀어져서 서로 분리되고 분리된 폴리뉴클레오티드의
두가닥이 각각 주형이되여 상보적으로 결합하여 새로운 가닥합성된다.
2. DNA 복제과정
(1) DNA가닥의 풀림:
* DNA라선효소(DNA helicase);복제분기점 앞부분의 나선을 풀고 염기쌍을 떼어준다(ATP에너지)
* DNA결합단백질(DNA binding protein); 풀어진DNA가닥에 결합됨.
* DNA선회효소(DNA gyrase); 당-인산결합인 인산2에스페르결합을 한부위에서 절단 두틀림방지
절단된 인산2에스페르결합은 DNA선회효소에 의해 원상태로복구
* 선도가닥(leading strand): 3'말단을 끝으로 한 가닥에서는 5'-3' 방향으로 복제가 연속적
으로 일어난다.
* 지연가닥(lagging strand): 5'말단을 끝으로 한 가닥에서는 연속적복제가 일어나지 않아서
불연속복제가 일어나 DNA연결효소에 의해 연결됨.
(2) 복제의 시작
* 선도가닥: DNA중합효소III(DNA polymerase III)-->뉴클레오티드전구물질인dNTP(deoxyribose
nucleoside triphosphate, (dATP, dGTP, dCTP, dTTP)등을 주형가닥에 결합하여 상보적염기
서열을 가진 새로운 가닥을 합성하여 복제가 시작된다.
* dNTP의 추과과정: 3''말단의 OH기가 떨어져 나가고 그자리에 dNTP에 두개의 인산기가 떨어져
나간 dNMP 즉 뉴클레오티가 부착하여 이루워진다.
* DNA단편:Okazaki단편: 지연가닥에서는 DNA가 어느 정도 풀어진 다음에 풀어지는 방향과 반대의
방향으로 부분적으로 만들어진 단편
* 지연가닥-->RNA중합효소가 시발효소(primer)로 작용 짧은 RNA를 형성하고 이RNA가 DNA 합성의
시발물질(primer)역활을 한다. DNA중합효소III가 작용하여 5'->3' 방향으로 DNA가 합성된다.
DNA단편 앞부분의 RNA는 DNA중합효소 I에 의해 제거 된다.
3. 복제 원점과 방향
(1) 원핵생물
* 3H로 표시된 thymidine배지에 대장균 DNA에서 방사선을 띄게 한다음 DNA를 추출하여
autoradiography로 촬영하면 DNA는 환상을 나타낸다.
* DNA복제는 하나의 원점에서 출발한다. 복제는 원점에서 양방향으로 이루워진다. 복제원점은
100-200개의 뉴클레오티드로 배열되어있다.
(2) 진핵생물
* DNA복제가 여러 부위의 원점에서 양쪽 방향으로 일어나고 있다. 후기 발육단계보다는 배발생
단계에서 복제 원점수가 많다.
제4절 DNA 와 염색체
1. 원핵생물의 염색체
* 세포내에 핵상체(nucleoid)를 구성하고 있으며 핵막으로 싸여있지 않다.
* 대장균의 지름이 1-2nm인데 DNA길이는 1,100nm가 되어 접혀들어가있다.
negative supercoiling(유전자재조합,유전자발현,유전자발현조절기구등생물학적기능과 관계됨)
2. 진핵생물의 염색체
(1) 염색체의 특성
* 대장균의염색체 길이 약 1mm 인데 사람의 경우 1,000mm (2배체 2,000mm)
(2) 뉴클레오솜의 구성
* 중간기 염색체에서 염주모양의 입자,(H2a, H2b, H3, H4 4종류의 histone각 2분자씩으로 구성
된 팔중체(Octomer)
* 히스톤과 DNA로 구성된 뉴클레오솜핵(nucleosome core)은 지름 11nm, 두께 6 nm 의 타원형
구조로 146개의 염기쌍이 히스톤 주위를 감고있다.
(3) 염색체구조
* 뉴클레오솜은 응축되어 지름 약 30 nm의 나선을 형성, 중기에는 600 nm까지 응축된다.