Transcript 13장 핵산의 구조와 기능, 대사

생화학
13장. 핵산의 구조와 기능
1. 피리미딘 염기와 퓨린 염기
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<퓨린>
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<피리미딘>
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2. 오탄당 – 리보오스와 디옥시리보오스
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3. 뉴클레오시드
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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
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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
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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
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5. DNA와 RNA
DNA(deoxy ribonucleic acid)
분포
물질적 특성
구조
종류, 기능
RNA(ribonucleic acid)
 세포핵
 세포질(cytosol)
 백색의 견사(실) 상태
 분말 상태
 2가닥의 사슬이 A=T, G≡C의
수소결합으로 이중나선 형성
 1가닥, 부분적인 이중나선구조
 염색체의 성분으로 단백질
합성시 아미노산 배열순서
정보 간직(유전자)
 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
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<DNA>

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 반드시 adenine과 thymine, guanine과 cytosine이 결합
하는 상보적인 관계를 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
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<RNA>

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
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<RNA>

코돈(codon) - mRNA에서 20가지 아미노산 이름을 뜻하는 3개의 염기서열
- 3개의 염기가 1개의 아미노산을 지칭
- 각 아미노산은 1개로부터 6개까지의 코돈을 가짐

역코돈(anticodon) - 각 tRNA는 자기 운반하는 아미노산의 codon에 반대되는
codon을 갖고 있으며 이를 역코돈이라 함

G와 C, A와 U 염기간 수소결합을 함
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6. Purine 염기와 pyrimidine 염기의 대사
1) 생합성
<purine 염기>
 반응 : 13단계 효소반응
 탄소 공급원 : glycine, CO2, THF(tetrahydrofolate)
 질소 공급원 : glutamine, aspartic acid
 경로 : ribose-5-인산  PRPP  IMP  AMP, GMP
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<pyrimidine 염기>
 탄소 공급원 : carbamoyl phosphate
 질소 공급원 : aspartic acid
 경로 : CO2 + Gln + ATP  carbamoyl phosphate  carbamoyl asparate 
UMP  UTP  CTP
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2) 분해
<purine 염기>
 AMP  IMP  hypoxanthine  xanthine  uric acid  allantoin 
allantoic acid  urea + glyoxylic acid
 인간 : uric acid 형태로 배설
 기타 포유류, 파충류 : allantoin 형태로 배설
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<pyrimidine 염기>
 경로 :
* cytosine  uracil  dihydrouracil  β-ureidopropionic acid  CO2 + NH3
* thymine  dihydrothymine  β-ureidoisobutyric acid  CO2 + NH3
 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
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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, Mg2+, primer 필요
* DNA polymerase III - 사슬연장 반응, DNA 합성(5’  3’)
3’  5’ exonuclease
* DNA ligase - NAD+ 혹은 ATP를 사용하여 두 DNA 조각을 phosphodiester결합
형성하여 연결하는 효소
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<DNA 복제과정>
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
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