Transcript chapter 3 DNA

Chapter 3. DNA , RNA and protein
유전물질
핵산이 유전물질이라는 증거
Griffith의 실험
From Prof. Kim Woo-Tae
Avery의 실험 : 그리피스의 형질전환 물질 (유전물질)의 정체 규명 실험
From Prof. Kim Woo-Tae
Hershey와 Chase의 실험 : 유전물질은 DNA라고 증거 제시
1 방사성으로 표지된
파아지를 박테리아
와 섞는다 파아지가
박테리아를 감염한
다
Phage
Bacterium
실험1
방사성으로 표지된
단백질이 사용된 실험
2 믹서기를 이용하여
박테이라 밖에 붙어
있던 파아지를 박테
리아 세포로부터 분
리한다
Radioacti
ve
protein
DNA
3 뱍테리아와 파아지혼
합액을 원심분리한다
박테리아가 시험관 밑
에 가라앉아 침전물을
이룬다
4 시험관 밑에 가
라앉은 침전물
과 상층 용액의
방사성을 각각
측정한다
안이 빈 단백
질
껍질
Phage
DNA
Radioactivit
y
in liquid
계속배양시
새로운
phage가 생
성되어 대장
균을 터드리
고 나온다
Centrifug
e
침전
물
실험1
방사성으로 표지된
DNA가 사용된 실험
Radioacti
ve
DNA
Centrifug
e
침전
물
Radioactivit
y
in pellet
계속배양시
새로운
phage가 생
성되어 대장
균을 터드리
고 나온다
핵산 (DNA, RNA)
핵산(Nucleic acids) : 핵을 분리하면 나오는 산성물질.
- 생명 현상의 정보를 담고 있다.
Nucleotide : 핵산 가수분해시 생기는 핵산의 기본단위.
- 당(sugar), 인산(phosphate), 염기(base)로 이루어짐.
뉴클레오티드가 여러 개 중합되어 이루어진 고분자 화합물
Phosphate
group
Nitrogenous
base
Sugar
nucleoside
Phosphate
group
Nitrogenous base
(A, G, C, or T)
Nucleotide
Thymine (T)
Sugar
(deoxyribose)
DNA nucleotide
Polynucleotide
당 인산 축
핵산의 염기들
- Purines
- Pyrimidines
핵산 (DNA와 RNA) 의 당
리보스 (ribose)
디옥스 리보스 (2-deoxyribose)
DNA와 RNA 차이점
핵산
염기의 종류
5탄당의 종류
분자구조
DNA
A,G,C,T
데옥시 리보오스
2중 나선
유전자의 본체 (유전정보)
RNA
A,G,C,U
단일 사슬
DNA 정보를 전달
리보오스
주 기능
Nitrogenous base
(A, G, C, or U)
Phosphate
group
Uracil (U)
Sugar
(ribose)
The Central dogma
(복제)
(전사)
RNA 합성
(번역)
단백질 합성
I. DNA (deoxyribonucleic acid)
1. 배경
- Erwin Chagaff : A=T, G=C
- Rosallind Franklin : X 선 회전실험
2. Watson and Crick의 DNA 이중나선 구조
(double helix)
- base/nucloside/nucleotide
3. DNA 이중나선구조의 기여도
1) 유전물질 복제 메커니즘을 추측 가능하게 함
: 반보전가설 (semiconservative replication)
2) 유전물질 복제 메커니즘 이해
● DNA 합성은 복제기점에서 시작 된다
- 개시 단백질 : DNA에 결합하여 염기간의 수소결합을 끊어 두 가닥을
분리시킴
DNA 복제에 관여하는 단백질군이 결합한다
-복제기점 : DNA가 가장 먼저 열리는 기점/쉽게 분리되는 부위 A-T가 많음
● 새로운 DNA합성은 복제 분기점에서 진행된다
- 복제분기점 : Y자 모양/양방향성 DNA복제
- DNA 중합효소
: 모사슬을 주형으로 새로운 DNA 합성
기존의 사슬 3'-OH기에 새로 들어온 뉴틀레오티드의 5'인산기를 붙이는 것
● 복제 분기점은 비대칭형이다
- DNA 이중나선은 (당-인산 골격)은 화학적 방향성을 갖는다
- DNA 중합효소는 한방향으로만 DNA 합성을 촉매한다(5‘에서 3’)
- 지연사슬 (lagging strand) : 여러 조각이 불연속적으로 만들어짐(짜집
기) 오카자키절편
- 선도사슬 (leading strand) : 연속적으로 합성된 사슬
● DNA 중합효소는 자체 교정 기능을 갖고 있다
- 1 error/107 뉴클레오티드 합성
- 교정 : DNA 중합효소는 중합반응 촉매 + 틀린 염기쌍 수정(G-T, C-A)
틀린 뉴클레오티드 제거 (3‘에서 5’으로 작용하는 핵산분해효소)
● 짦짧은 RNA 조각이 DNA 합성의 프라이머로 작용한다
- 프라이머 : 새로운 DNA 사슬에 DNA 합성 시작
DNA 사슬을 주형으로 짧은 길이의 리보핵산을 합성(RNA)
약 10개의 뉴클레오티드이며 주형사슬과 염기쌍을 이루며 중합효소가
작용하는 3‘ 말단 제공
선도사슬 (시작시 1개의 프라이머 필요) 지연사슬 (계속적인 프라이머 필요)
- 프리마아제 : RNA를 합성한 효소
- 핵산분해효소 : RNA프라이머제거 그 자리에 DNA 합성 후 조각을 연결
- 회복중합효소 : RNA가 제거된 자리에 오카자키절편을 프라이머로 이용하
여 DNA를 채워 넣음
- 연결효소 : 새로 합성된 DNA의 5‘ 인산기와 인접해 있는 DNA의 수산기를
연결시킴
복제분기점에 위치한 단백질들이 복제기구를 형성 한다
- 복제기구 : DNA 중합효소, 핵산분해효소, 회복중합효소, 연결효소, 헬리카아제
단일가닥결합단백질(단일가닥에 결합하여 염기쌍의 재형성을 일시적 방해)
활주클림프(DNA중합효소를 DNA에 단단히 부착시킴
/지연사슬의 오카자키절편이 형성될 때마다 효소를 DNA에서 방출시키는 기능)
3) DNA 회복
- 개체들의 생존과 생식을 위해 DNA 복제 실수를 교정하는 기구로,
유전자의 안정화에 기여 함
- DNA 회복에 관여하는 효소들은 DNA의 손상 부위를 인식하여 제거하고 원래의
구조로 회복
● 돌연변이는 생물체에 심각한 결과를 초래한다
- 돌연변이 : DNA 복제와 회복과정에 실패하여 DNA 상의 영구적인 변화
치환(substitution) :염기가 다른 염기로 바뀜
결실(deletion) : 염기가 떨어져 나가서 일어남
삽입(insertion) : 염기가 첨가되어 일어남
상호전환(interconversion) ; DNA의 한 부위를 차지하는 염기의 배열이
뒤바뀜
(1) 체세포 : 개체의 건강 유지에 필수 (ex. 암)
(2) 생식세포 : 이 세포에 발생하는 개체의 모든 세포에 영향을 끼침
겸형적혈구 빈혈증
● DNA 미스매치회복시스템은 복제기구가 복구하지 못한 복제 실수를 제
거한다
- 미스매치회복 : 복제 실수 방어 기작을 빠져나온 실수를 교정
1 error/107 (99% 회복) 1 error/109
- 영구적 돌연변이 : 미스매치가 남는 경우
● DNA는 세포 내에서 끊임없이 손상을 입는다
자발적 돌연변이
: 돌연변이는 변이유발물질(mutagen)에 의해 유발되지만 자연적으로 일어
나기도 한다. 자연적으로 동종염기간에 일어나는 기전은 염기의 호변이성
화(tautomerization)에 의한다.
화학물질에 의한 돌연변이
: 염기유사체가 DNA 합성시에 도입되면 정상적인 염기보다 호변이성화 또
는 이온화 상태로 존재할 확률이 높으므로 염기쌍이 잘못되어 복제시에 염
기 치환이 일어난다. 평면성 방향족물질인 acridine계 색소(acridine
orange, proflavin 등)와 같이 염기쌍내로 삽입되는 물질(intercalator)은
이중나선 구조의 DNA에 강하게 결합하므로 복제과정에서 염기의 첨가 또
는 결실을 일으켜 frame shift형의 돌연변이를 일으킨다.
물리적 요인에 의한 돌연변이
: X-선, γ-선, 중성자선 등은 직접적으로 또는 활성 유리기(free radical)를
생성하여 DNA 사슬에 변화를 일으키거나 절단하여 돌연변이를 유발한다.
● 유전자의 안정성은 DNA 회복에 의존한다
DNA손상의 직접 회복 : pyrimidine 이형체, 알킬화된 guanine 잔기 등의
DNA 손상은 직접적인 회복에 의해 수선됨.
절제수선 : 대부분의 DNA 손상은 손상된 DNA를 절단하여 수선되는데, 손
상되지 않은 상보적 가닥이 주형으로 이용됨. 염기 절제수선은 손상된 단
일 염기가 제거 되며, 뉴클레오티드 절제수선은 넓은 범위의 DNA 손상을
수선함. 잘못 짝지 음 수선은 잘못 짝지은 염기를 특이적으로 제거하는 수
선임.
복제 후 수선 : 손상된 DNA 복제는 DNA 손상 부위의 반대편에 위치하는 딸
가닥에 틈을 남기는데, 이러한 틈은 손상되지 않은 부모 가닥과 재조합이나
오류가 나 기 쉬운 수선 합성에 의해 채워짐.
(1) 손상된 DNA는 여러 핵산 분해효소 중 안가지에 의해 인지되어 제거된다.
이 효소는 손상된 뉴클레오티드와 DNA 사이의 공유결합을 잘라,
그 부위에 작은 틈을 남긴다.
(2) DNA 회복중합효소는 잘려진 DNA 가닥의 3‘ 수산기에 결합 후,
손상되지 않은 가닥의 정보에 상보적인 복사물을 만들어 간격을 채운다
DNA 회복 중합효소는 DNA를 복제하는 중합효소와는 별개의 것이나
DNA가닥을 합성하는 방식은 동일하다.
(3) DNA 회복중합효소가 간격을 메우고 나면 회복된 가닥의 당-인산 골격에
절단이 남는다. 이 절단은 DNA 복제동안 지연사슬을 연결하는 DNA 연결효소에 의
해 봉합된다
4) 유전 정보의 흐름
5) 유전 부호 (genectic code)
6) 유전자 클로닝 (gene cloning)
7) PCR (Plymerase chain reaction) 법의 원리
주형이 되는 double strand DNA의 표적 부분의 양끝 염기 배열
정보로부터 상류와 하류의 DNA primer를 합성하고 내열성 DNA
polymerase(Taq polymerase)와 thermocycler를 이용해 PCR반
응에 따른 특정 유전자 영역의 증폭을 실시한다. 이론적으로는 반
응 사이클의 2n으로 증폭이 가능하다.
사람과 동물의 비교
II. RNA (ribonucleic acid)
II. protein
* R-group
Non-polar
polar
acid
basic