DNA의 구조와 능력

DNA는 염기와의 탈수축합을 통한 글리코시드 결합과 타 DNA와의 인산에스테르 결합(Phosphodiester)으로 염기의 불규칙성과 길이를 통해 DNA 정보를 나타나게 된다.

DNA를 다룰때에는 혼동되는 단어 2가지, 뉴클레오시드와 뉴클레오타이드(뉴클레오티드)가 있다.

이들의 차이점은 뉴클레오시드는 당과 염기를 지칭하며, 뉴클레오티드는 인, 당과 염기로 구성되어져 있으며 인과 당에서는 phosphoester, 당과 염기에서는 glycosidic 결합으로 유지된다.

일반적인 DNA는 오른손, Right-handed로 1회전에 10.5bp인 이중나선으로 구성되어져 있으며 각각의 나선이 역평행으로 antiparallel을 구성되어져 있다.

이들의 구조로는 120도인 minor groove와 240도인 major groove가 있으며 큰 홈에서 노출된 정보로 결합을 확인한다.

이때, 각각 180도로 glycosidic이 두 홈의 크기가 동일하다면 groove차가 없기 때문에 불가능하다.

큰 홈에서 노출된 정보는 A, 수소결합 수용체(hydrogen bond Acceptor, N or O), D(Donor H), M 메틸기(Metyl group), CH3, A와 T결합에만 존재하며, H 비극성 수소(nonpolar, 당에 붙은 H)로 구성되어 A, D, M, H가 존재한다.

염기간에서는 A와 T가 이중 수소결합으로 ADAM, C와 G에서는 삼중 수소결합으로 HDAA를 구성하고 있으며 안정화에 도움을 준다.

DNA의 안정화에 도움을 주는 것으로는 수소결합과, 탈수축합으로 나온 물분자의 엔트로피 증가, 그리고 pi-pi 염기 중첩 상호작용으로 전자 구름 속의 쌍극자의 소수성 효과를 가져 안정화에 도움을 준다.

DNA는 염기가 돌출되어(Base flipping) 손상된 염기를 제거하기 쉽게 되어져 있다.

이로써 DNA 메틸화로 Transversion같은 DNA의 유동적 구조에 기여한다.

DNA의 구조는 크게 3가지로 구성된다.

B형과 A형, Z형이 있다.

B형은 기본적인 DNA로 10.5bp로 회전하는 것이며, A형은 RNA-RNA로 DNA-단백질 복합체이며 11bp로 회전한다.

마지막으로 Z형은 왼손잡이 형태로 Left-handed로 zigzag로 구성되어져 있으며 syn, anti 구조로 구성된다.

DNA의 변성(Denaturation)은 온도(Heat)나, 산성도(high pH)을 통해 혼성화(Hybridization)을 할 수 있게 되는데 변성의 대표적 예시로 double strand DNA(dsDNA)에서 single strand DNA(ssDNA)로 변화해 혼성화로 노던 블롯, 서던 블롯, 마이크로 어레이를 처리할 수 있게 된다.

dsDNA와 ssDNA의 차이점을 확인하는 방법으로 흡광증가현상(Hyper chromicity)가 있으며 dsDNA같은 경우 60%의 A260자외선으로 융점(Melting point)을 보이지만, ssDNA는 100%로 보여주며 이는 GC함량으로 이온 농도에 따라 염기중첩의 결과를 보여준다.

마지막으로 원형 DNA의 플라스미드가 있는데 이는 Sticky end로 점착성 말단을 보유하고 있다.

DNA topology 위상학으로 DNA 구조에 대해 연구하는 것도 있는데 이는 Lk(고리수)= Tw(꼬임)+Wr(초나선수)로 확인한다.

Lk는 bp/10.5으로 고정되어 있으며 Tw와 Wr는 위상이성화효소로 인산-티로신 결합을 연결과 분리가 가능하며 Wr이 음수이다면, right-handed로 음성 초나선, Wr이 양수이다면 양성 초나선을 보여줄 수 있다.

Lk도 마찬가지로, dLk=Lk-Lk0(염기 쌍 수/10.5)로 dLk가 양수일시 양수, 음수일시 음성을 확인하며 다양한 topology를 보여줘 interwound(plectonemic)이나, spiral(toroid)을 확인할 수 있다.