II. 유전 정보의 전달: DNA 복제 4.4 주형과 효소 4.5 복제 분기점 4.6 양방향 복제와 리플리솜

4.4 주형과 효소 DNA 복제는 반보존적(se,iconservative) (그림 4.11) 두 개의 새로운 나선들은 각각 하나의 양친 가닥과 하나 의 새로운 가닥으로 구성 각 뉴클레오티드의 전구체는 데옥시뉴클레오시드 5′-삼인산 (dNTP; 그림 4.12) 복제는 항상 5′ 말단에서 3′ 말단 방향으로만 진행

4.4 주형과 효소 DNA 중합효소(DNA polymerase) dNTP 첨가를 촉매 E. coli는 5개의 다른 DNA polymerase DNA 중합효소 III이 염색체 DNA를 복제하는 일차 효소 DNA polymerase I: 일부 chromosomal DNA 복제에 관여 DNA polymerase II, IV, V: DNA repair에 관여 DNA 중합효소는 프라이머(primer)가 필요 (그림 4.13) 프라이머는 프리마제(primase)에 의해서 RNA로부터 만듬(11~12mer)

4.5 복제 분기점 원핵생물의 DNA 합성은 복제기점(origin of replication, oriC)에서 시작 Replication fork : 복제가 일어나는 DNA가 풀리는 지역 (그림 4.14) DNA 헬리카제(helicase)는 DNA를 풀어줌

선도가닥(leading strand)에서는 연속적으로 일어난다 지연가닥(lagging strand)에서는 불연속적으로 DNA의 확장 (그림 4.15) 선도가닥(leading strand)에서는 연속적으로 일어난다 지연가닥(lagging strand)에서는 불연속적으로 오카자키 절편(Okazaki fragment)은 지연가닥에 존재 Figure 4.15 Events at the DNA 복제 fork.

4.5 복제 분기점 지연 가닥의 DNA 절편을 연 결 (그림 4.16) 지연 가닥의 DNA 합성은 앞에 서 합성된 DNA에 도달할 때까 지 지속됨 DNA polymerase I가 RNA 프 라이머(primer)를 제거하고 DNA로 대체 DNA 리가아제(ligase)가 DNA 의 틈을 봉합

4.6 양방향(bidirectional) 복제와 리플리솜(replisome) 원핵생물에서 DNA 합성은 양방향 두 복제 분기점이 반대 방향으로 이동 (그림 4.17) DNA Pol III는 초당 1,000개의 뉴클레오티드를 첨가 리플리솜(replisome): 복제에 참여하는 여러 개의 단백질 들의 복합체 (그림 4.18) DNA는 리플리솜을 통해 당겨짐

4.6 양방향 복제와 리플리솜 DNA 복제는 매우 정확 교정(proofreading)이 더 높은 정확성을 제공 세포 내의 돌연변이율(mutation rate)은 삽입되는 염기 당 10–8-10–11 중합효소는 잘못된 수소결합을 통해서 불일치를 탐지 가능 교정은 원핵생물, 진핵생물 및 바이러스 DNA 복제 체계에서 일어남 - DNA polymerase I : 3’5’ exonuclease, 5’3’ exonuclease(primer 제거) - DNA polymerase III : 3’5’ exonuclease

III. RNA 합성: 전사 4.7 전사 4.8 전사단위 4.9 고세균과 진핵생물의 전사

4.7 전사(transcription) 전사는 RNA 중합효소(RNA polymerase)에 의해 수행 RNA 중합효소는 DNA를 주형(template)으로 이용 RNA 전구체들은 ATP, GTP, CTP, 및 UTP임 사슬 성장은 DNA 복제와 같이 5′에서 3′ 임 어떤 유전자를 위해서 DNA 두 가닥 중 하나만 RNA 중합효소에 의해서 전사 유전자는 DNA 양 가닥에 모두 존재하지만, 위치가 다름 RNA 중합효소는 5개의(2a, b, b’, w, s ) 소단위를 보유 RNA polymerase holoenzyme: 2a, b, b’, w, s RNA polymerase core enzyme: 2a, b, b’, w RNA 중합효소는 프로모터(promotor)라는 DNA 부위를 인식 프로모터: 전사 시작 부위 RNA 중합효소의 시그마(sigma factor, s)인자에 의해 인식됨 (그림 4.20) 전사는 전사 종결자(transcription terminator)라고 부르는 특정한 부위에서 멈 춤 DNA 복제와 다르게, 전사는 작은 단위의 DNA만이 참여 하나의 유전자 만큼 작음 세포가 다른 유전자들을 각기 다른 속도로 전사하도록 함

4.7 전사 시그마 인자(sigma factor, RpoD, s70) 는 프로모터에서 두 군데 매우 보존된 지역을 인식(그림 4.22) 프로모터 내의 두 지역이 잘 보존: Pribnow box: 전사 시작에서 10개의 염기 앞에 위치 (-10 지역) 35 지역: 전사 상류(upstream)의 ~35 염기 상에 위치

RNA 합성의 종결(termination)은 특정한 DNA 서열에 의해서 통제됨 고유 종결자:추가로 어떤 인자의 필요가 없이 전사가 종결(stem-loop 구조 이후 poly U) Rho-의존성 종결(Rho-dependent termination): Rho 단백질이 특정한 DNA 서열을 인식하고 RNA 중합효소를 중지시킴

4.8 전사 단위 전사 단위(transcriptional unit): DNA에서 RNA 로의 전사가 시작되고 종결되는 부위로 둘러싸 인 염색체의 단위 대부분의 유전자는 단백질을 암호화하지만 일 부 RNA는 번역되지 않음 (즉, rRNA, tRNA) 3 종류의 rRNA: 16S, 23S, 및 5S rRNA 및 tRNA는 매우 안정적 tRNA는 rRNA 혹은 다른 tRNA와 함께 전사 mRNA들은 짧은 반감기를 가짐(몇 분 정도) - ribonuclease에 의해 분해

4.8 전사 단위 원핵생물은 자주 함께 모여있는 유전자들을 보유 이 유전자들은 하나의 mRNA로 모두 동시에 전사됨 공동으로 전사되는 유전자들을 암호화하는 하나의 mRNA를 폴리시스트론(polycistronic) mRNA라고 함 (그림 4.25) - polycistronic mRNA는 실질적으로 아니노산 을 암호화하는 mRNA부분인 여러 개의 ORF(open reading frame)을 가진다 오페론(Operon): 폴리시스트론 mRNA상에 공동으로 전사되는 관련된 유전자 집단 여러 유전자들이 협동적으로 발현되도록 함

4.9 고세균과 진핵생물의 전사 고세균 은 단 한 개의 RNA 중합효소를 보유 고세균은 단순화된 진핵생물의 전사 장치를 가짐 진핵 중합효소 II와 유사함 (그림 4.21) 고세균은 단순화된 진핵생물의 전사 장치를 가짐 프로모터 및 RNA 중합효소는 진핵생물과 유사함 - Transcription factor가 promoter 인식 - TATA box - BRE(B recognition element) - TFB(transcription factor B) - TBP(TATA-binding protein) 전사의 조절은 세균과 크게 유사함 Transcription termination은 잘 알려져 있지 않음

4.9 고세균과 진핵생물의 전사 진핵 유전자는 암호화(coding) 및 비 암호(noncoding)화 지역을 가짐 엑손(exon)은 암호화 서열임 인트론(intron)은 간섭 서열(intervening noncoding region)임 고세균에서 드묾 고세균의 tRNA 및 rRNA 유전자에서 발견됨 고세균 인트론은 특별한 엔도뉴클리 아제(endonuclease)에 의해서 잘려짐 (그림 4.27)

4.9 고세균과 진핵생물의 전사 진핵 RNA 가공(RNA processing): 많은 RNA 분자들이 세포에서 역할을 수행하기 전에 변형됨 RNA 스플라이싱(splicing) 핵 내에서 일어남 RNA 전사물에서 인트론 제거 스플라이소좀 (spliceosome)에 의해 수 행됨 (그림 4.28) RNA 캡 씌우기(capping) 메칠화된 구아닌을 mRNA 5′ 말단에 첨가 Poly(A) 꼬리 (tail) 100–200개의 adenylate 잔기를 추가 mRNA를 안전화시키고 번역을 위해 요구됨