세균의 분자생물학

세포내 거대 분자는 DNA, RNA, 단백질이 있다

복제(Replication)는 DNA가 2개로 되는 것이며, 전사(Transcription)는 DNA 정보가 RNA로 전달되는 것이고 그 안에는 mRNA(전령 RNA), tRNA(운반 RNA), rRNA(리보솜 RNA)가 있다

mRNA는 폴리펩티드를 암호화, tRNA는 mRNA유전정보를 아미노산 단위로 전환하며 rRNA는 단백질 합성에 작용한다

번역(Translation)은 RNA 정보가 폴리펩티드 합성에 이용되는 것이다

분자 생물학의 중심원리(Central dogma)가 위에서 말한 것으로 DNA, RNA, 단백질 순으로 변화하는 것에 대해 자세히 학문을 닦는 것을 말한다

참고로 진핵 생물은 각 유전자가 개별적으로 전사되며 원핵 생물은 여러 유전자가 함께 전사할 수 있다

DNA는 4가지 뉴클레오티드를 가지며 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)를 가지며 DNA 사슬 골격은 인산기와 오탄당, 데옥시리보오스가 반복되며 인산은 당이 3' 탄소가 이웃한 당의 5' 탄소에 연결되는 것이다

모든 세포와 일부 바이러스는 두가닥의 DNA 분자를 가진다

이중나선으로 역평형을 가지며 상보적 염기서열로 A는 T와 2개의 수소결합, C는 G와 3개의 수소결합으로 DNA 가닥간의 수소결합이 이중가닥으로 존재하게 만들며 높은 온도가 수소결합을 끊어서 변성을 가능케하며 CG 상보적 결합이 많을수록 높은 온도를 버틸 수 있다

DNA분자 크기는 염기쌍(Base pairs)로 나타내는데 1000염기쌍은 1킬로 염기쌍, 1Kbp로 나타내며 E.Coli 유전체는 4.64Mbp를 가지며 각 염기쌍은 나선을 따라서 0.34nm, 10 염기쌍이 나선 1회전을 가지게 된다

연박복으로 반복서열이 역방향으로 구성되어 있으며 줄기 고리로 가까운 역반복이 원인이 되는 짧은 이중나선을 가지게 되는데 RNA에서는 흔하지만 DNA에서는 보이지 않는다

더 질서가 잡힌 DNA 구조로 초나선구조(Supercoiling)이 있다

음성(Underwound) 초나선은 이중나선이 덜 꼬여 있으며 자연에서 많이 발견된다

양성(Overwound) 초나선은 이중나선이 더 꼬여있는 것을 말한다

이완된(Relaxed) DNA는 원형 DNA 분자가 선형으로 변한 것이다

염기쌍 수로 회전 수를 예상할 수 있으며 DNA gyrase는 DNA에 supercoiling을 도입할 수 있게 한다

유전체(Genome)은 세포나 바이러스 내의 유전체 전체를 의미하며 염색체(Chromosome)은 원핵생물, 진핵생물의 주요 유전 요소이다

기타 유전요소로는 바이러스 유전체, 플라스미드(Plasmid), 소기관 유전체, 전위요소(Transposable element)가 있다

바이러스는 RNA 혹은 DNA 유전체를 지니며 선형 혹은 원형, 단일가닥(Single strand) 혹은 이중가닥(Double strand)를 가진다

플라스미드는 염색체와 분리되어 존재하며 복제할 수 있고 진핵생물엔 존재하지 않는다

대부분 원형 이중가닥으로 일반적으로 세포에 유익한 것이 대부분이다

이에 대한 예시로 항생제 내성이 있으며 바이러스와는 다르게 세포외성이 아니다

염색체는 필수 유전자인 관리유전자(Housekeeping gene)을 보유해야하나 플라스미드는 없어도 된다

숙주로부터 플라스미드를 제거(큐어링, Curing)하는 것은 여러 처리의 결과를 가져올 수 있으며 접합(Conjugative)로 플라스미드는 세포간 접촉을 통해 생명체간 옮겨가기가 가능하다

전위요소는 원핵생물과 진핵생물 모두 발견할 수 있으며 같거나 다른 DNA 분자의 다른 부위로 이동할 수 있는데 이는 Tra(Transfer)유전자로 DNA 조각을 조절하게 된다

원핵생물에는 3가지 종류가 있는데 삽입서열(Insertion sequence), 트랜스포손(Transposon), 특별한 바이러스로 공통점으로는 다른 DNA 분자의 일부분으로 복제가 가능하다는 것이다

추가로 대장균(Esherichia coli) 염색체로는 생화학, 유전학, 세균 생리학 등에서 연구 모델로 유용하다

주형과 효소로는 DNA 중합효소(Polymerase)는 dNTP 첨가로 촉매되며 Primase로 RNA에서 만들어지는 프라이머를 필요로 한다

DNA 합성은 복제 기점(Replication origin)에서 시작되며 복제 분기점(Replication fork)는 복제가 일어나는 지역을 의미하며 DNA의 확장으로 선도가닥(Leading strand)에서 연속적이며 지연가닥(Lagging strand)에서 오카자키 절편(Okazaki fragment)에 의해 불연속적으로 확장하게 된다