DNA story 1

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Chapter 9. DNA story

1. DNA is transforming material

1) 형질전환(transformation) 물질의 발견

- 오늘날 DNA : 공룡복제의 원인물질, 유전자치료, 강도잡기, -> 유전물질 - 옛날에는 ?

-> Miescher : 1869, 세포핵에서 질소, 인 포함 산성물질 발견 -> 핵산으로 부름> Miescher 1869, 세포핵에서 질소, 인 포함 산성물질 발견 > 핵산으로 부름 -> Garrod의 관찰 : 선천적 대사질환 환자에게서 특정 단백질이 결핍됨

-> 단백질과 유전의 연관성 설명

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1928년 F d i k G iffith의 폐렴쌍구균을 이용한 실험

☞ 1928년 Frederick Griffith의 폐렴쌍구균을 이용한 실험

- S 형 : 병원성, 다당류 성분의 캡슐 vs R 형 : S 형의 돌연변이, 캡슐 없음, 비병원성

S 형의 어떤 물질이 R형을 S 형으로 형질전환시킴

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2) 형질전환물질이 DNA임을 확인

- 1944년 Avery, McLeord, McCarty의 실험

- 죽은 S 형을 단백질분해효소와 DNA 분해효소로 처리 한 후 R 형과 함께 쥐에 주입

세균을 형질전환시킨 물질은 DNA 임 세균을 형질전환시킨 물질은 DNA 임

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☞ Hershey and Chase의 실험y 의 - ³⁵S : protein 표지

- ³²P : DNA 표지

유전물질은 단백질이 아니고 DNA 임

DNA 임

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3) DNA 구조 확인

- Levine(1920) : 핵산에서 ribose와 deoxyribose 발견 -> RNA vs DNA 의 차이 밝힘 - Chargaff : adenine vs thymine, guanine vs cytosine이 동일한 농도로 존재함 밝힘 - Wilkins and Franklin : X선 회절패턴 관찰 -> nucleotide가 일정한 간격으로 반복됨 - 1953, Watson and Crick : double helix 구조 밝힘

James D Watson Francis HC Crick James D. Watson, Francis HC Crick

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2. DNA의 3차 구조

1) DNA 기본구조

- purine pyrimidine ring - purine, pyrimidine ring - base

- P

- pentose

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☞ Complementary base pair (상보적 염기쌍) A T d G C

- A-T and G-C

- antiparallelism(역평행)

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3 DNA 복제 (DNA replication) Chapter 9. DNA story 3. DNA 복제 (DNA replication)

- semiconservative replication(반 보존적 복제) -> 1958, Maselson & Stahl의 실험

-> 1차 heavy ¹⁵N -> 2차 light ¹⁴N 조건으로 배양 후 DNA 원심분리

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4 From DNA to protein

Chapter 9. DNA story 4. From DNA to protein

1) 세포의 유전정보 이용

DNA 복제를 통한 유전정보의 전달 - DNA 복제를 통한 유전정보의 전달

- DNA에 보관된 유전정보 : transcription(전사), translation(해독)를 통해 단백질 합성 - transcription : DNA -> RNA 합성과정

- translation : mRNA -> protein 합성과정 - RNA polymerase : RNA 합성효소

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DNA vs RNA 특성비교 DNA vs RNA 특성비교

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2) Transcription

- 유전자의 전사를 시작하기 위해 RNA polymerase가 DNA의 특정장소에 붙음 - promotorp : DNA 상의 RNA polymerase 결합부위

- 일부 TF는 promotor에 결합 RNA pol.의 결합을 도움 - promotor 중 TATA 박스에 결합

- DNA 이중나선 중 하나의 가닥을 주형으로DNA 이중나선 중 하나의 가닥을 주형으로 - DNA에 상보적인 RNA 합성 (5’->3’)

- 사용되지 않는 가닥 : coding strand(코딩가닥) 여러 개의 RNA를 동시에 합성 가능

- 여러 개의 RNA를 동시에 합성 가능

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E k ti t i ti E k ti t i ti Eukaryotic transcription Eukaryotic transcription

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RNA transcription RNA transcription

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3) RNA 종류

- 단백질 합성에 관여하는 3 종류의 RNA

- mRNA (messenger RNA) : 유전정보의 운반mRNA (messenger RNA) 유전정보의 운반

-> 세 개의 염기가 하나의 조를 이룬 유전암호(codon) 포함 -> 유전자에 따라 다양한 길이 : 500 ~ 3000 뉴클레오티드 rRNA (ribosomal RNA) : 리보솜의 구성인자

- rRNA (ribosomal RNA) : 리보솜의 구성인자 -> 단백질과 함께 리보솜 형성

-> 두 개의 소단위로 구성 : 세포질 내에서 분리되어 있음 -> 단백질합성 시 재결합 - tRNA (transfer RNA) : 특정의 아미노산을 mRNA 특정부위에 운반

-> mRNA와 특정 아미노산 의 연결자 역할

-> mRNA 연결부위 : 세 개의 염기로 된 anticodon -> tRNA 말단 : 아미노산과 공유결합 -> 특정효소 관여

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tRNA anticodon vs mRNA codon tRNA anticodon vs mRNA codon

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☞ RNA modification (RNA 성숙과정)

- 원핵생물 : RNA 전사 후 바로 단백질 합성에 이용

- 진핵생물 : 핵 내에서 RNA 합성 후 성숙과정을 거친 뒤 세포질로 이동진핵생물 핵 내에서 RNA 합성 후 성숙과정을 거친 뒤 세포질로 이동 1) capping : 5’ 말단에 변형된 뉴클레오티드 부착

2) polyadenylation : 3’ 말단에 100 200의 2) polyadenylation : 3’ 말단에 100~200의

adenine 첨가 poly A tail 형성

3) intron 제거 : 해독되지 않는 RNA 부분을 splicing 과정에 의해 제거

-> exon : 해독되는 RNA 부분

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원핵세포와 진핵세포의 전사과정 비교 원핵세포와 진핵세포의 전사과정 비교

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4) Translation (단백질합성)

- 염기로 된 유전정보(genetic code)를 특정 아미노산서열로 해독 - 세 개의 연속된 mRNA 염기가 codon을 형성세 개의 연속된 mRNA 염기가 codon을 형성

- initiation codon (시작코돈) : 단백질 합성이 시작되는 mRNA 부위 -> AUG - termination codon (종결코돈) : 단백질 합성 종료 -> UGA, UAA, UAG

leader sequence (선도 서열) : 5’ 쪽 해독이 되지 않는 부위 > 리보솜의 rRNA와 결합 - leader sequence (선도 서열) : 5 쪽 해독이 되지 않는 부위 -> 리보솜의 rRNA와 결합 - 모든 종은 동일한 codon을 사용

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Codon 과 아미노산 Codon 과 아미노산

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☞ Translation process

- mRNA, tRNA, ATP, GTP, 단백질인자들 필요 - initiation tRNA 합성

- initiation -> elongation -> termination

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(1) Initiation

- 리보솜 소단위의 짧은 rRNA 서열과 mRNA leader sequence의 수소결합 형성 - Met-tRNA(initiator tRNA)의 AUG codon에 결합 -> initiation complex 형성

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(2) Elongation

- 큰 리보솜 소단위가 initiation complex에 결합

- 리보솜이 한 codon 씩 움직여 가며 새로운 aa-tRNA로부터 아미노산을 첨가해 나감

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(3) Termination

- 리보솜이 종결코돈(UGA, UAG, UAA)에 닿으면 방출인자(release factor)가 결합 - elongation 중지 -> polypeptide, tRNA, 리보솜 소단위 분리 후 재활용

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☞ P l ib : 하나의 RNA로부터 다량의 단백질 합성

☞ Polyribosome : 하나의 mRNA로부터 다량의 단백질 합성

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Transcription

&

Translation Transcription

&

Translation

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5) 세균의 유전자 발현 조절 - Operon 을 통한 발현 조절

O : f ti i it f i

- Operon : a functioning unit of genomic DNA containing a cluster of genes under the control of a single

regulatory signal or promoter - repressor(억제자) : 유전자발현억제 - operator(작동자)p ( ) : 유전자 조절부위

-> repressor 결합부위

- operon : 효소생성 유전자 + 조절부위 ex) E coli 의 lac operon

- ex) E. coli 의 lac-operon

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