1-11. DNA 구조

1. 핵산

• 핵산 기본단위 : 뉴클레오타이드(인산 + 당 + 염기의 공유결합)
• 핵산은 nucleotide가 길게 연결된 polynucleotide
• 핵산의 종류 : DNA, RNA
• 당 - 5탄당, DNA - deoxyribose, RNA - ribose로 구성됨
• DNA가 유전물질이고, DNA가 발현될 때 RNA가 나타남
• 생물의 형질은 유전자가 지배하며, 유전자는 염색체를 통해 다음 세대로 전해짐

  구       분	DNA(deoxyribonucleic acid)		RNA(ribonucleic acid)
  염       기	퓨린계	피리미딘계	퓨린계	피리미딘계
  	A(아데닌)	T(티민)	A	U(우라실)
  	G(구아닌)	C(시토신)	G	C
  당	deoxyribose		ribose
  폴리뉴클레오티드	2중 나선구조		외가닥(단일사슬)
  기능 및 종류	* 유전형질을 간직한 유전자가 됨 * 자기 복제에 의해 같은 DNA를 만듦 * 핵DNA, mtDNA, cpDNA		* 유전정보를 전달(mRNA) - messenger * 리보솜 구성(rRNA) - ribosomal * 아미노산 운반(tRNA) - transfer
  있는 곳	핵, 미토콘드리아, 엽록체		핵, 미토콘드리아, 엽록체, 리보솜, 세포질

2. 핵 DNA

• 왓슨과 크릭(1953)이 DNA의 2중 나선구조를 밝힘
• DNA는 두 가닥의 2중나선 구조, 두 가닥은 염기와 염기의 상보적 결합(수소결합)에 의해 염기쌍을 이룸
• 아데닌과 티민은 2개의 수소 결합( A = T ), 구아닌과 시토신은 3개의 수소결합( G ≡ C )
• 샤가프의 법칙 - 각 생물의 2중나선 DNA에서 A와 T의 양이 같고, G와 C의 양이 같음
•                    - 퓨린 계열 염기(A, G)의 수는 피리미딘 계열 염기(C, T)의 수와 같음
•                    - DNA에서 A + G / T + C = 1 이 성립함
• 진핵생물의 염색체는 DNA와 히스톤 단백질이 결합하여 뉴클레오솜을 형성
• → 뉴클레오솜들이 나선형 섬유를 구성 → 나선형 섬유가 다시 감기고 응축됨 → 염색체를 구성함
• 핵 안의 DNA는 세포분열 전에는 염색질로 존재, 세포분열 때(M기) 염색체 구조가 나타남.
• 나선형 섬유를 염색사, 염색사가 응축된 덩어리를 염색질
• 진핵세포 유전자 DNA는 단백질을 지정하는 엑손(exon)과 단백질을 지정하지 않는 인트론(intron)을 포함함
• DNA 가닥의 염기서열은 mRNA로 전사되어 단백질로 번역됨
• DNA염기서열이 단백질에 대한 유전정보이고 그 단백질의 기능에 의해 형질이 나타남
• DNA의 염기서열에서 3염기조합(triplet)이 전사되어 mRNA에 형성되는 염기조합을 코돈(codon)
• 이 코돈의 암호에 따라 아미노산이 결합될 때 코돈과 쌍을 짓는 tRNA의 염기조합을 안티코돈(anticodon)이라 함
• 즉, DNA의 트리플렛(triplet)은 1개의 아미노산을 지정함 

  트리플렛		코돈		안티코돈		아미노산
  A = T T = A G ≡ C	→	A U   개시코돈 G	→	U A C	→	메티오닌
  DNA	→	mRNA	→	tRNA	→	단백질

* DNA의 T(티민)가 RNA에서 U(우라실)로 바뀜

* UAA, UAG, UGA - 종결코돈으로 아미노산 지정하지 않음

* UGG - 트립토판 지정

3. 핵외 DNA

• 식물 세포질에 있는 엽록체(cp DNA)와 미토콘드리아(mt DNA)는 독자적인 DNA를 가지고 있음

 ① cp DNA

• 고리모양의 두 가닥 2중나선
• 독자적인 rRNA 유전자와 tRNA 유전자를 가지고 있음
• 모든 식물의 cpDNA에는 동종의 유전자가 있으나 유전자 배열에 차이가 있음

② mtDNA

• 고리모양의 두 가닥 2중나선
• 독자적인 rRNA 유전자와 tRNA 유전자를 가지고 있음
• 식물의 ATP 합성 관련 유전자와 세포질 웅성불임성은 mtDNA에 의해 지배됨
• 웅성불임인 식물체는 인공교배를 하지 않고 1대잡종(F1) 종자를 생산할 수 있다.

4. 트랜스포존(transposon)

• 개념 : 트랜스포존(전이인자)은 게놈의 한 장소에서 다른 장소로 이동하여 삽입될 수 있는 DNA 단편(유전자)임
• 분포 : 원핵생물(박테리아)과 진핵생물에 광범위하게 분포하며 돌연변이의 원인이 됨.
• 트랜스포존의 절단과 이동은 전이효소에 의하여 촉매되며, 전이효소 유전자는 트랜스포존 내에 있음
• 발견 : 맥클린톡(McClintock, 1951)이 옥수수의 알갱이의 색깔이 불안정하게 나타나는 원인을 연구하는 과정에서 발견
• 이용 : 유전분석과 유전자조작에 이용
• 유전자에 삽입된 트랜스포존을 표지로 이용하면 특정 유전자를 구별할 수 있음
• 트랜스포존은 유전자조작에서 유전자 운반체로 이용되고, 돌연변이를 유기하는 데도 유용함

5. 플라스미드(plasmid)

• 박테리아 세포에 핵양체이외에 작은 고리모양의 두가닥 DNA가 여러개 존재하는데 이를 플라스미드라 함
• 핵양체 - 기본염색체 1개, DNA 1분자로 이루어짐
• 플라스미드는 크기가 다양하고 다루기 쉽고, 제한효소의 작용부위가 1개 이상 있으며, 기주에 침입하여 형질전환을 일으키므로 유전자 운반체로 이용됨
• 플라스미드는 항생제 및 제초제 저항성 유전자를 갖고 있으며, 이 유전자는 재조합 DNA의 선발을 위한 표지유전자로 유용함
  

  구          분		원핵세포	진핵세포
  핵	염색체	원형의 DNA로 구성됨 뉴클레오솜을 형성하지 못함	다수의 선형 DNA로 구성됨 뉴클레오솜을 형성함
  	핵   막	X	O
  세포질	막으로 된 세포소기관	X	O
  	리보솜	O	O
  세포벽 성분		펩티도글리칸	셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴
  크         기		보통 1~10㎛	보통 10~100㎛
  사         례		진정세균, 고세균 등	원생생물, 균류, 식물, 동물 등

6. 바이러스의 유전물질

• Virus는 캡시드(capsid)라고 하는 단백질껍질 속에 유전물질(DNA or RNA)이 들어 있음
• 한 가닥 RNA로 된 역전사바이러스는 역전사효소를 가지고 있음
• 역전사바이러스가 진핵세포에 감염되면 역전사효소를 이용하여 자신의 RNA로부터 DNA를 합성하고, 그 DNA를 숙주 염색체에 삽입하여 증식함
• 역전사효소는 유전자은행을 작성할 때 사용됨
• 파지(Phage)는 박테리아에 기생하는 바이러스이고 TMV(tobaco mosaic virus)는 RNA와 단백질로 구성됨