DNA The Genetic Material DNA DNA Structure DNA

DNA : The Genetic Material

DNA구조 DNA Structure • DNA는 핵산(nucleic acid) • DNA는 nucleotides로 구성 5탄당(5 -carbon sugar)인 deoxyribose 인산기 그룹(Phosphate group; PO 4) 당의 5번째 탄소에 부착(5′carbon of sugar) 질소염기(Nitrogenous base) Adenine, thymine, cytosine, guanine 자유 수산기 그룹(Free hydroxyl group; -OH) 당의 3번째 탄소(3′carbon of sugar) nucleotides 9

DNA구조 DNA Structure Nitrogenous Base Nitrogenous base 1 O N 9 O 4 N 2 H C N C C N N C C H 3 CH 2 N H C H N C C NH 2 H Adenine N Guanine 5´ O– O 1´ 4´ 3´ 2´ OH in RNA OH Sugar O NH 2 H in DNA Pyrimidines P 5 O NH 2 6 8 Phosphate group –O NH 2 Purines 7 N H C C N H 3 C N C O H Cytosine (both DNA and RNA) H C C C N O N H H C C O H C H Thymine (DNA only) C N N H C O H Uracil (RNA only) 그림. DNA와 RNA의 nucleotide 소단위는 3개의 구성원으로 이루어져 있다. 5탄당(DNA에서는 디옥시리보오스, RNA에서는 리보오스), 인산기, 그리고 피리미딘 또는 퓨린 염기. 10

DNA구조 DNA Structure 샤가프, 프랭클린, 윌킨스의 DNA구조 규명 샤가프의 법칙 Chargaff’s Rules adenine의 량 = thymine량 cytosine의 량 = guanine의 량 purines(A and G)과 pyrimidines(C and T)량은 항상 같은 비율 12

DNA복제 DNA Replication Meselson과 Stahl의 실험 23

DNA복제 DNA Replication DNA복제에 요구되는 3가지 사항 복제할 대상 양친 DNA 분자(Parental DNA molecule)는 주형(template) 복제를 수행하기 위한 것 Enzymes은 주형(template)을 복제하는 역할 - DNA 중합효소(DNA polymerase) 복제를 만들 수 있는 구성요소 d-Nucleotide triphosphates(d. NTP) - d. ATP, d. TTP, d. GTP, d. CTP 25

DNA복제 DNA Replication d. NTP : Deoxyribo Neucleotide Triphosphate - d. ATP : Deoxyribo Adenosine Triphosphate - d. TTP : Deoxyribo Tymidine Triphosphate - d. GTP : Deoxyribo Guanosine Triphosphate - d. CTP : Deoxyribo Cytidine Triphosphate dd. NTP : di-Deoxyribo Neucleotide Triphosphate - dd. ATP : di-Deoxyribo Adenosine Triphosphate - dd. TTP : di-Deoxyribo Tymidine Triphosphate - dd. GTP : di-Deoxyribo Guanosine Triphosphate 26 - dd. CTP : di-Deoxyribo Cytidine Triphosphate

DNA복제 DNA Replication DNA복제(DNA replication) 과정 개시(Initiation) : 복제 시작(replication begins) 신장(Elongation) : DNA중합효소(DNA polymerase)에 의한 새로운 가닥의 DNA합성 종결(Termination) : 복제 종료(replication is terminated) The DNA polymerases are enzymes that create DNA molecules by assembling nucleotides, the building blocks of DNA. These enzymes are essential to DNA replication and usually work in pairs to create two identical DNA strands from one original DNA molecule. During this process, DNA polymerase “reads” the existing DNA strands to create two new strands that match the existing ones. 27

DNA복제 DNA Replication 5´ 5´ 3´ RNA polymerase가 primer를 만들 수 있다 DNA polymerase가 primer를 연장한다 DNA중합효소(DNA polymerase) 기존의 DNA가닥에 상보적인 nucleotide를 맞추고 연결 몇 가지 일반적인 특징 기존 가닥의 3’말단에 새로운 nucleotide를 첨가 합성은 5′에서 3′방향으로 진행 RNA primer가 필요 Primer는 DNA primase에 의해 만들어짐 DNA primase : a type of RNA polymerase Primase is an enzyme that synthesizes short RNA sequences called primers, 29 which serve as starting points for DNA synthesis 29

원핵세포의 복제 Prokaryotic Replication 복제분지에서 일어나는 합성 Primer 붙이기 2개의 단일가닥을 만들기 위한 DNA나선의 부분적인 개방은 복제 분지(replication fork)를 형성 DNA primase : RNA primer를 만드는 RNA중합효소(RNA polymerase; 10~20 bp의 짧은 RNA가닥) RNA primer는 나중에 제거되고 DNA로 대체 - DNA polymerase I (pol I) RNA primer를 상보적인 DNA가닥에 붙임 DNA primase, also called as DNA primerase, is an enzyme involved in the replication of DNA primase is a type of RNA polymerase which creates an RNA primer (later this RNA piece is removed by a 5' to 3' exonulease); next, DNA polymerase uses the RNA primer to replicate ss. DNA. 35

원핵세포의 복제 Prokaryotic Replication DNA primase, also called as DNA primerase, is an enzyme involved in the replication of DNA primase is a type of RNA polymerase which creates an RNA primer (later this RNA piece is removed by a 5' to 3' exonulease); next, DNA polymerase uses the RNA primer to replicate ss. DNA. 36

Prokaryotic Replication 5´ 3´ DNA ligase Lagging strand (discontinuous) RNA primer 그림. 지체가닥 합성 Primase의 작용은 DNA 중합효소III에 의해 요구 되는 primer를 만드는 것이다. Primer들은 DNA 중합효소 I의 5’에서 3’으로의 핵산말단 가수분해 (exonuclease)작용에 의해 제거되고, RNA를 대체 하기 위해 앞의 오카자키 단편을 확장한다. Primer제거 후의 오카자키 단편들 사이의 간극은 DNA연결효소(DNA ligase)에 의해 봉해진다. DNA polymerase I Okazaki fragment made by DNA polymerase III Primase Leading strand (continuous) 5´ 3´ 3´ 5´

원핵세포의 복제 Prokaryotic Replication 복제 복합체 Replisome DNA복제(DNA replication)와 관련된 효소들은 거대분자복합체 (macromolecular)를 형성 2개의 주요 구성요소 Primosome Primase, helicase, accessory proteins 2개의 DNA pol III의 복합체 각 가닥에 한 개 41

원핵세포의 복제 Prokaryotic Replication ① DNA polymerase III Leading strand 3´ 5´ Helicase Clamp loader DNA gyrase 5´ 3´ 3´ 5´ ② 5´ 3´ First Okazaki fragment RNA primer β clamp Primase Single-strand binding proteins (SSB) Lagging strand 3´ 5´ Loop grows Second Okazaki fragment nears completion 3´ 5´ RNA primer 1. A DNA polymerase III enzyme is active on each strand. Primase DNA중합효소 III는 각 가닥에서 활성적이다. Primase는 지체 synthesizes new primers for the lagging strand. 가닥을 위한 새로운 primer를 합성한다. ③ 2. The “loop”주형의 in the lagging-strand template allows replication 지체가닥 고리(loop)는 복합체들이 왼쪽으로to움직이 occur 5´-to- 3´ on both strands, with the complex moving to the left. 면서 DNA복제가 5’에서 3’으로 일어나도록 한다. 3´ 5´ 5´ 3´ DNA polymerase III DNA polymerase I Lagging strand releases 3´ 5´ β clamp releases 3. 지체가닥의 When the polymerase III on the 앞에 lagging strand hits단편에 the previously 중합효소 III가 만들어진 부딪히면, synthesized fragment, it releases the β clamp and the template 중합효소는 β활주집게와 DNA주형가닥을 놓아준다. DNA중 strand. DNA polymerase I attaches to remove the primer. 합효소 I이 primer를 제거하기 위해 부착한다. 그림. 복제 복합체에 의한 DNA 합성 단계별 DNA의 반 불연속 합성 42

원핵세포의 복제 Prokaryotic Replication ④ 5´ 3´ 3´ 5´ ⑤ Clamp loader DNA ligase patches “nick” DNA polymerase I detaches after removing RNA primer 3´ 5´ The clampβloader attaches the β이것을 clamp 중합효소 and transfers 집게4. 올리게가 집게에 부착되고, III에this 옮겨 to polymerase III, creating a new loop in the lagging-strand 지체가닥의 주형에서 새로운 고리를 형성한다. DNA중합효소 I template. DNA ligase joins the fragments after DNA 이 primer를 제거한 후, DNA연결효소가 단편들을 연결해 준다. polymerase I removes the primers. 3´ 5´ Leading strand replicates continuously 5´ 3´ Loop grows New bases 3´ 5´ 5. the. DNA β clamp is loaded, the후, DNA polymerase III on β After 집게가 가닥에 실어진 지체가닥의 DNA중합효소 the lagging strand adds bases to the next Okazaki fragment. III가 오카자키 단편 옆에 염기를 첨가한다. 그림. 복제 복합체에 의한 DNA 합성 단계별 DNA의 반 불연속 합성 43

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