13장. 핵산의 구조와 기능

1. 피리미딘 염기와 퓨린 염기

2. 오탄당 – 리보오스와 디옥시리보오스

3. 뉴클레오시드

4. 핵산의 기본 구성

 뉴클레오티드 : 뉴클레오시드의 5’-OH에 인산이 결합한 구조  핵산(nucleic acid, NA) : 뉴클레오티드들이 일직선으로 연결된 중합체  연결된 뉴클레오티드의 순서가 유전적 정보를 나타냄  핵산의 종류 : DNA와 RNA 6

1) 뉴클레오티드

 뉴클레오티드 구성 성분 : 질소 함유하는

염기

오탄당

인산

 뉴클레오티드 : 뉴클레오시드에 인산이 1~3개까지 에스테르 결합된 것 주로 5’-위치에 인산기를 갖음  뉴클레오시드에 인산기가 3개 붙은 5’-dNTP 또는 5’-NTP : 에너지 대사 및 저장 DNA 및 RNA 합성 전구체로 이용  cAMP나 cGMP : 호르몬처럼 세포 내에서 조절작용으로 사용  뉴클레오시드 5’-이인산 : 조효소의 일부로 사용  아데노신5’-이인산 : 산화환원반응에 작용 7

2) 뉴클레오티드 의 인산다이에스테르결합

 뉴클레오티드 : 뉴클레오시드의 5’-OH에 인산이 결합한 구조  핵산(nucleic acid, NA) : 뉴클레오티드들이 일직선으로 연결된 중합체  50개 이하의 짧은 핵산 : 올리고뉴클레오티드, 그 이상은 폴리뉴클리오티드  인산 다이에스테르 연결은 사슬의 방향에 따라 동일한 방향을 가짐 : 5’ -> 3’ (5’-말단, 3’말단)  연결된 뉴클레오티드의 순서가 유전적 정보를 나타냄  핵산의 종류 : DNA와 RNA 8

5. DNA와 RNA

분포 물질적 특성 구조 종류, 기능    

DNA(deoxy ribonucleic acid)

세포핵 백색의 견사(실) 상태 2가닥의 사슬이 A=T, G≡C의 수소결합으로 이중나선 형성 염색체의 성분으로 단백질 합성시 아미노산 배열순서 정보 간직(유전자)   

RNA(ribonucleic acid)

세포질(cytosol) 분말 상태 1가닥, 부분적인 이중나선구조      tRNA(전달 RNA) : 아미노산을 ribosome으로 운반 rRNA(리보솜 RNA) : 단백질의 합성장소 mRNA(전령 RNA) : DNA에서 주형을 전사하여 유전정보를 간직, 단백질 합성에 관여 hnRNA(이성질핵 RNA) : 핵에 들어있는 mRNA전구체 snRNA(소핵 RNA) : intron을 제거하고 exon만을 연결하여 RNA를 절단 가공 9

          mononucleotide사이의 결합은 phosphodiester결합이다.

poly nucleotide에서 3번 탄소에 결합성 OH가 있는 말단을 3’ 말단, 5번 탄소에 결합성 OH가 있으면 5’말단 2가닥의 polynucleotide는 α-helix(이중나선)구조이다.

2가닥의 polynucleotide는 3’,5’ 말단이 서로 거꾸로 배치된 역평형구조 2가닥의 polynucleotide는 염기와 염기 사이에 수소결합을 하고 있어 쉽게 풀어 지지 않음 염기 사이의 수소결합은 하는

반드시 adenine과 thymine

guanine과 cytosine

이 결합

상보적인 관계

를 유지 염기 사이의 수소결합은 A=T, G≡C 로 G와 C사이의 결합이 더 강함 α-helix 1회전은 10개의 mononucleotide로 구성되며 거리는 3.4 nm DNA는 가열하면 α-helix 구조가 붕괴되는데 이 변성온도를 융점이라 함 가열 후 냉각하면 다시 α-helix구조로 돌아가는 성질(annealing)이 있음 10

  mononucleotide사이의 결합은 phosphodiester결합이다.

RNA 분포비율 : rRNA 82%, tRNA 16%, mRNA 2%  mRNA - DNA 일부가 판박이(template)가 되어 생성됨 - 리보솜으로 이동함 - DNA의 유전정보를 단백질 합성에 전달하는 메신저 역할을 함  rRNA - mRNA 주형으로부터 단백질을 합성하는 기관  tRNA - 아미노산을 리보솜으로 운반하는 역할 - 20가지 아미노산마다 다름 - 평면 구조가 클로버 모양 또는 열십자 모양 - 3’말단에 CCA로 되어 있음 - 마지막의 아데닌산에 아미노산을 결합시켜 운반 - 변형염기가 존재 - 자기가 운반하는 아미노산의 코돈(유전 정보)에 반대되는 역코돈을 갖고 있음 11

 코돈(codon) - mRNA에서 20가지 아미노산 이름을 뜻하는 3개의 염기서열 - 3개의 염기가 1개의 아미노산을 지칭 - 각 아미노산은 1~6개 코돈을 가짐  역코돈(anticodon) - 각 tRNA는 자기 운반하는 아미노산의 codon에 반대되는 codon을 갖고 있으며 이를 역코돈이라 함  G와 C, A와 U 염기간 수소결합을 함 12

6. Purine 염기와 pyrimidine 염기의 대사 1) 생합성

 반응 : 13단계 효소반응  탄소 공급원 : glycine, CO 2 , THF(tetrahydrofolate)  질소 공급원 : glutamine, aspartic acid  경로 : ribose-5-인산  PRPP  IMP  AMP, GMP 13

 탄소 공급원 : carbamoyl phosphate  질소 공급원 : aspartic acid  경로 : CO 2 + Gln + ATP  carbamoyl phosphate  carbamoyl asparate  UMP  UTP  CTP 14

2) 분해

 AMP  IMP  allantoic acid  hypoxanthine  xanthine urea + glyoxylic acid  uric acid  allantoin   인간 : uric acid 형태로 배설  기타 포유류, 파충류 : allantoin 형태로 배설 15

 경로 : * cytosine  uracil  dihydrouracil  β-ureidopropionic acid  CO 2 + NH 3 * thymine  dihydrothymine  β-ureidoisobutyric acid  CO 2 + NH 3  포유 동물은 이미 합성된 pyrimidine 염기를 분해 배설시키지 않고 일부는 TCA 회로 로 들어가서 분해가 되는 회수경로( savage phthway)를 갖고 있음 * Cytosine  uracil    acetyl-CoA  TCA cycle * Thymine    succinyl CoA  TCA cycle 16

7. DNA 복제

 DNA 복제는 반보전적임 - 2가닥의 새로운 DNA 중 1가닥은 원래 존재하던 가닥임 - 다른 한 가닥은 새로 합성된 가닥임  DNA 복제는 양쪽 방향성임 - 두 가닥이 동시에 5’  3’ 방향으로 진행함  DNA 복제 과정 - 한 DNA(모세포) 에서 새로운 DNA(딸세포)를 합성하는 과정임 DNA 풀림  primer 합성  DNA 합성  DNA조각의 연걸  DNA 복제 관여 효소 : * DNA polymerase I - DNA 주형, dNTP, Mg 2+ , primer 필요 * DNA polymerase III - 사슬연장 반응, DNA 합성(5’  3’  5’ exonuclease 3’) * DNA ligase - NAD + 혹은 ATP를 사용하여 두 DNA 조각을 phosphodiester결합 형성하여 연결하는 효소 17

① DNA의 이중나선구조를 풀어줌(나선효소, helicase) ② 풀어진 가닥이 다시 꼬이지 못하게 수소결합을 방해함(단일가닥 결합단백질) ③ 선도 가닥은 DNA polymerase III 작용으로 5’  3’ 방향으로(상보적으로 결합) ④ 지연 가닥은 시발효소(primase)가 짧은 RNA인 시발물질(복제개시점)을 만들고, 여 기에 DNA polymerase III 가 5’  3’ 방향으로 수많은 오카자키 조각을 형성 ⑤ 지연 가닥이 전부 합성되면 exonuclease가 시발물질을 제거 ⑥ 시발 물질이 있던 자리는 DNA polymerase I의 작용으로 자리를 메움 ⑦ 여러 개의 오카자키 조각은 DNA 연결효소(DNA ligase)가 연결하여 완전한 지연 가 닥의 DNA를 생성 18

13장 핵산의 구조와 기능, 대사

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