재배기초 및 유전/유전성

1-11. DNA 구조

은하저편 2022. 2. 8. 11:36
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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
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