생화학 13 장. 핵산의 구조와 기능
2 1. 피리미딘 염기와 퓨린 염기
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5 2. 오탄당 – 리보오스와 디옥시리보오스
6 3. 뉴클레오시드
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8 4. 핵산의 기본 구성 뉴클레오티드 : 뉴클레오시드의 5’-OH 에 인산이 결합한 구조 핵산 (nucleic acid, NA) : 뉴클레오티드들이 일직선으로 연결된 중합체 연결된 뉴클레오티드의 순서가 유전적 정보를 나타냄 핵산의 종류 : DNA 와 RNA
9 1) 뉴클레오티드 뉴클레오티드 구성 성분 : 질소 함유하는 염기, 오탄당, 인산 뉴클레오티드 : 뉴클레오시드에 인산이 1~3 개까지 에스테르 결합된 것 주로 5’- 위치에 인산기를 갖음 뉴클레오시드에 인산기가 3 개 붙은 5’-dNTP 또는 5’-NTP : 에너지 대사 및 저장 DNA 및 RNA 합성 전구체로 이용 cAMP 나 cGMP : 호르몬처럼 세포 내에서 조절작용으로 사용 뉴클레오시드 5’- 이인산 : 조효소의 일부로 사용 아데노신 5’- 이인산 : 산화환원반응에 작용
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11 2) 뉴클레오티드 의 인산다이에스테르결합 뉴클레오티드 : 뉴클레오시드의 5’-OH 에 인산이 결합한 구조 핵산 (nucleic acid, NA) : 뉴클레오티드들이 일직선으로 연결된 중합체 50 개 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 : DNA 와 RNA
12 5. DNA 와 RNA DNA(deoxy ribonucleic acid)RNA(ribonucleic acid) 분포 세포핵 세포질 (cytosol) 물질적 특성 백색의 견사 ( 실 ) 상태 분말 상태 구조 2 가닥의 사슬이 A=T, G≡C 의 수소결합으로 이중나선 형성 1 가닥, 부분적인 이중나선구조 종류, 기능 염색체의 성분으로 단백질 합성시 아미노산 배열순서 정보 간직 ( 유전자 ) tRNA( 전달 RNA) : 아미노산을 ribosome 으로 운반 rRNA( 리보솜 RNA) : 단백질의 합성장소 mRNA( 전령 RNA) : DNA 에서 주형을 전사하여 유전정보를 간직, 단백질 합성에 관여 hnRNA( 이성질핵 RNA) : 핵에 들어있는 mRNA 전구체 snRNA( 소핵 RNA) : intron 을 제거하고 exon 만을 연결하여 RNA 를 절단 가공
13 mononucleotide 사이의 결합은 phosphodiester 결합이다. poly nucleotide 에서 3 번 탄소에 결합성 OH 가 있는 말단을 3’ 말단, 5 번 탄소에 결합성 OH 가 있으면 5’ 말단 2 가닥의 polynucleotide 는 α-helix( 이중나선 ) 구조이다. 2 가닥의 polynucleotide 는 3’,5’ 말단이 서로 거꾸로 배치된 역평형구조 2 가닥의 polynucleotide 는 염기와 염기 사이에 수소결합을 하고 있어 쉽게 풀어 지지 않음 염기 사이의 수소결합은 반드시 adenine 과 thymine, guanine 과 cytosine 이 결합 하는 상보적인 관계를 유지 염기 사이의 수소결합은 A=T, G≡C 로 G 와 C 사이의 결합이 더 강함 α-helix 1 회전은 10 개의 mononucleotide 로 구성되며 거리는 3.4 nm DNA 는 가열하면 α-helix 구조가 붕괴되는데 이 변성온도를 융점이라 함 가열 후 냉각하면 다시 α-helix 구조로 돌아가는 성질 (annealing) 이 있음
14 mononucleotide 사이의 결합은 phosphodiester 결합이다. RNA 분포비율 : rRNA 82%, tRNA 16%, mRNA 2% mRNA - DNA 일부가 판박이 (template) 가 되어 생성됨 - 리보솜으로 이동함 - DNA 의 유전정보를 단백질 합성에 전달하는 메신저 역할을 함 rRNA - mRNA 주형으로부터 단백질을 합성하는 기관 tRNA - 아미노산을 리보솜으로 운반하는 역할 - 20 가지 아미노산마다 다름 - 평면 구조가 클로버 모양 또는 열십자 모양 - 3’ 말단에 CCA 로 되어 있음 - 마지막의 아데닌산에 아미노산을 결합시켜 운반 - 변형염기가 존재 - 자기가 운반하는 아미노산의 코돈 ( 유전 정보 ) 에 반대되는 역코돈을 갖고 있음
15 코돈 (codon) - mRNA 에서 20 가지 아미노산 이름을 뜻하는 3 개의 염기서열 - 3 개의 염기가 1 개의 아미노산을 지칭 - 각 아미노산은 1 개로부터 6 개까지의 코돈을 가짐 역코돈 (anticodon) - 각 tRNA 는 자기 운반하는 아미노산의 codon 에 반대되는 codon 을 갖고 있으며 이를 역코돈이라 함 G 와 C, A 와 U 염기간 수소결합을 함
16 6. Purine 염기와 pyrimidine 염기의 대사 1) 생합성 반응 : 13 단계 효소반응 탄소 공급원 : glycine, CO 2, THF(tetrahydrofolate) 질소 공급원 : glutamine, aspartic acid 경로 : ribose-5- 인산 PRPP IMP AMP, GMP
17 탄소 공급원 : carbamoyl phosphate 질소 공급원 : aspartic acid 경로 : CO2 + Gln + ATP carbamoyl phosphate carbamoyl asparate UMP UTP CTP
18 2) 분해 AMP IMP hypoxanthine xanthine uric acid allantoin allantoic acid urea + glyoxylic acid 인간 : uric acid 형태로 배설 기타 포유류, 파충류 : allantoin 형태로 배설
19 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
20 7. DNA 복제 DNA 복제는 반보전적임 - 2 가닥의 새로운 DNA 중 1 가닥은 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 DNA 조각의 연걸 DNA 복제 관여 효소 : * DNA polymerase I - DNA 주형, dNTP, Mg 2+, primer 필요 * DNA polymerase III - 사슬연장 반응, DNA 합성 (5’ 3’) 3’ 5’ exonuclease * DNA ligase - NAD + 혹은 ATP 를 사용하여 두 DNA 조각을 phosphodiester 결합 형성하여 연결하는 효소
21 ① DNA 의 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 RNA 인 시발물질 ( 복제개시점 ) 을 만들고, 여 기에 DNA polymerase III 가 5’ 3’ 방향으로 수많은 오카자키 조각을 형성 ⑤ 지연 가닥이 전부 합성되면 exonuclease 가 시발물질을 제거 ⑥ 시발 물질이 있던 자리는 DNA polymerase I 의 작용으로 자리를 메움 ⑦ 여러 개의 오카자키 조각은 DNA 연결효소 (DNA ligase) 가 연결하여 완전한 지연 가 닥의 DNA 를 생성