3장 : 거대 분자 (Macromolecules). 분자 생물학 3장 : 거대 분자 (Macromolecules).

세포를 구성하는 거대 분자 10,000 ~ 100,000 개의 분자로 구성. ½ : 무기이온, 유기물 (저 분자량 : 수백 dalton). ½ : 단백질, 핵산, 다당류, 지질 (고 분자량). Protein (단백질) : 아미노산의 중합체, 화학반응 촉매. Nucleic acid (핵산) : Nucleotide의 중합체. 유전정보의 저장, 유전정보 운반. Polysaccharide (다당류) : 당 (Sugar)의 중합 체, 에너지 저장고, 동.식물의 세포벽 구성. Lipoprotein (지 단백) : 세포내외의 물질이동에 관여. Glycoprotein(Peptidoglycan), Lipopolysaccharide.

주요 거대분자의 화학적 구조 단백질 (Protein). Amino acid로 구성된 중합 체 (Polymer). Amino acid의 구조 (N-말단, C-말단).

주요 거대분자의 화학적 구조

아미노산의 종류 방향족 아미노산(벤젠고리) : Phe, Trp, Tyr. Imino acid : Proline. + chage 아미노산 : Lys, Asn, Gln, Arg. - chage 아미노산 : Glu, Asp. Disulfide bond (- s – s -) : Cys. 가장 간단한 구조 : Gly(R: H), Ala(R: CH3).

아미노산의 화학구조

아미노산의 화학구조

펩티드 결합 : Peptide Bond

핵산 : Nucleic acid Nucleotide (Sugar + Base+ Phosphate)로 구성됨. Sugar (당) : Ribose (Pentose : 오 탄 당), Deoxyribose (Pentose : Cyclic structure). Base (염기) : Purine, Pyrimidine. Purine : 2개 고리 화합물 (Adenine, Guanine). Pyrimidine : 1개 고리 (Thymine, Cytosine, Uracil). Phosphate (인산) : Phosphodiester bond. ※ Nucleoside : Sugar+ Base로 구성됨.

Nucleotide의 구조

Base(염기)의 구조

핵산의 구조 (RNA).

핵산의 명칭

핵산의 1차 구조

Phosphodiester Bond 인산 이 에 스 텔 결합 (Sugar + Sugar). 5’- PO3와 3’-OH 사이에서 2개의 ester bond를 형성하여 nucleotide를 결합시키는 결합 형태.

Phosphodiester Bond

Polysaccharide : 다당류 Sugar의 Polymer (5 탄 당 또는 6 탄 당 의 중합 체). 다당류의 대부분은 glucose의 중합체임.

Polysaccharide : 다당류

단백질과 핵산의 3차 구조를 결정하는 비공유성 상호작용

비공유성 상호작용 Random coil (불규칙 코일) : Linear polypeptide chain 과 Polynucleotide chain의 자유 회전 (free rotation)으로 형성된 형태. ∴ Coil 형태의 Helix 구조를 형성하여 구형이거나 뭉쳐있음 : 용매분자의 충돌로 형태가 변형됨. ※ Chain 내에 있는 원자, 분자간의 상호작용으로 random coil 형태의 핵산, 단백질은 드물다. 수소결합, 소수성 상호작용, 이온결합, 반 데 르 바 알 스 인력.

비공유성 상호작용 Hydrogen Bond (수소 결합). Nucleotide : 가닥간 염기 쌍 (Interstrand)사이에서 Single polynucleotide 형성. 불규칙코일보다 더 뭉쳐진 형태. 펩티드결합의 N (질소)와 결합한 H (수소) 또는 O (산소).

비공유성 상호작용

Hydrophobic Interaction : 소수 성 상호작용 물에 녹지 않는 2개의 분자사이에서의 상호작용으로 소수 성 분자끼리 서로 뭉치는 현상. 염기중첩(Bass- stacking) : 핵산의 견고성 유지. 벤젠고리 아미노산끼리의 중첩 (Phe, Tyr).

Hydrophobic Interaction:소수성 상호작용

Ionic bond ＆ Van der Waals radius Lys, His, Ala : + 전하. Asp, Glu. : - 전하. 동일한 전하 : 서로 반발. 서로 다른 전하 : 서로 끌어 당김. pH 변화와 고농도의 염에서 파괴됨.

Van der Waals radius (반 데 르 바 알 스 인력) : 영구 쌍 극 자와 전자들의 순환에 의해 이루어지는 결합형태. 2개의 원자가 1~2 Å 거리에 있을 때 서로 결합하는 형태.

Van der Waals radius (반 데 르 바 알 스 인력)

거대분자 연구에 이용되는 방법 DNA 분리, 농도 측정, 구조 결정 (모양) 등을 밝히는 데 이용함. Spectrophotometry (분광광도계). Ultracentrifugation (초원심분리기). Electrophoresis (전기영동). Electron Microscopy (전자현미경). Chromatograrhy. PCR (Polymerization Chain Reaction).

Zonal Centrifugation : 구획원심분리

침강속도 Sucrose Gradient Centrifugation. 침강속도에 미치는 영향 (분자량, 분자모양). Molecular weight (분자량)의 크기. 분자의 모양 (CCC-form, L-form). 침강계수 (Sedimentation coefficient) : S = 속도 / 원심력. 초원심분리기 발견한 사람 : Sverdberg (1S). 1 Sverdberg = 1S = 10-13 sec. 대부분의 분자 : 1×10-13 ~ 100 × 10-13 sec. Ribosome (80S, 70S, 50S, 30S, 23S, 18S, 5S)

Density Gradient Equillibrium Centrifugation : 밀도 구 배 평형 원심분리 CsCl → Cs+ + Cl- (큰 원심력: Cs+의 농도 구 배 형성). DNA, 단백질 들이 자신의 밀도와 동일한 위치에서 이동이 멈추어 band를 형성함. 밀도가 서로 다르면 서로 다른 위치에서 band가 형성됨. (EtBr-CsCl eguillibrium centrifugation).

Density Gradient Equillibrium Centrifugation : 밀도 구 배 평형 원심분리

Slab Gel Electrophoresis DNA 분리 및 분자량 측정 시 이용. Vertical : Base sequence 시 이용. Horizontal : DNA 분리 및 크기 측정.

Agarose Gel Electrophoresis

DNA 전기영동 (Vertical)

EtBr 염색 후 UV에서 관찰

Electrophoresis : 전기영동 DNA : PO3-가 – 전하를 나타내므로 – 극에 DNA를 loading 한 후, 전류를 공급하면 +극 쪽으로 이동함. 분자량 (M), 분자의 표면적, 모양(CCC, OC,L-form) 및 전하량의 차이에 따라 전개거리가 달라 진다. Protein (SDS – PAGE) : SDS와 mercaptoethanol을 처리한 후 전기영동을 함. SDS : 아미노산 1분자에 SDS 1분자 결합 (아미노산 마다 동일한 전하를 띄게 함). Mercaptoethanol : 아미노산 내 Disulfide bond를 파괴하여 1차 구조를 유지시킨다.

Slab Gel Electrophoresis

SDS-PAGE : Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis

Electron Microscope : 전자현미경

실시간 PCR

거대분자 분자량 측정

DNA 분자의 분자량 측정 작은 분자 (M < 5×106 dalton): Gel 전기 영동 법을 이용하여 (standard molecular weight 사용함), standard curve를 작성한 후, DNA 전개 거리를 이용하여 분자량을 측정함. 중간 크기분자 : (M = 5 ~ 100 × 106) 전자현미경을 이용함. ds DNA 1 µm = 2 ×106 dalton. 큰 분자 (M > 100 × 106) : 특수한 방법을 사용한다 (Freifelder 1976. 1982). ※ Protein : SDS- PAGE 이용하여 standard curve 작성 후, 이동 거리를 측정하여 분자량을 측정함.