핵산 및 단백질 합성

산 (DNA 및 RNA)은 뉴클레오타이드라는 작은 단위들의 고분자이다. 각 뉴클레오타이드는 세 가지 부분이 결합하여 이루어진다:

• 인산기,
• 당 (5탄소 당),
• 질소를 포함하는 염기.

ATP는 특수한 뉴클레오타이드이다. 염기는 아데닌, 당은 리보스, 그리고 세 개의 인산기를 가진다. 마지막 인산기가 분리되면 세포가 사용할 에너지가 방출된다.

두 그룹으로 나뉜 다섯种类的 염기가 있다:

• 퓨린은 이중 고리(두 개의 고리)를 가진다: 아데닌 및 구아닌.
• 피리미딘은 단일 고리(하나의 고리)를 가진다: 시토신, 티민 및 우라실.

DNA 분자는 두 가닥이 뭉쳐져 이중 나선을 이룬다.

각 가닥은 당(여기서는 당이 데옥시리보스)과 인산이 교차하는 골격을 가진다. 하나의 뉴클레오타이드의 당은 다음 뉴클레오타이드의 인산에 인산디에스터 결합으로 연결된다.

두 가닥은 염기가 중앙에서 만나 함으로써 함께 유지된다. 이 짝짓기는 정확하다—이를 상보적 염기 짝짓기라고 한다:

• A는 항상 T와 짝을 이루며, 두 개의 수소 결합으로 유지된다.
• C는 항상 G와 짝을 이루며, 세 개의 수소 결합으로 유지된다(C–G 염기쌍은 더 쉽게 분리되지 않음).

두 가닥은 반대 방향으로 Running한다: 하나는 5′에서 3′로, 다른 하나는 3′에서 5′로Running한다. 이를 반평행이라고 한다.

위의 평면 사다리는 나사 형태로 비틀려 있다. 모든 원자가 공으로 표현된 이 공간충전 모델은 이중 나선의 실제 형태를 보여준다:

DNA 복제(복사)는 세포주기의 S단계 동안 일어난다. 이는 반보존적이다: 각 새로운 분자는 하나의 구가닥과 하나의 새 가닥을 유지한다. 과정은 다음과 같다:

1. 이중 나선이 풀리고 수소 결합이 끊어져 두 가닥이 분리된다.
2. 각 구가닥은 템플릿 역할을 한다. 자유 뉴클레오타이드가 노출된 염기와 상보적 염기 짝짓기에 의해 짝을 이룬다.
3. 효소 DNA 중합효소가 새 뉴클레오이드를 가닥에 연결한다. 이 효소는 5′에서 3′ 방향만으로 뉴클레오타이드를 추가할 수 있다.

이 5′→3′ 규칙 때문에 두 새 가닥은 다르게 합성된다:

• 리딩 가닥은 풀림을 따르며 연속적으로 만들어진다.
• 래깅 가닥은 풀림 지점으로부터 멀어지는 방향으로 짧은 조각으로 만들어진다. 이후 DNA 라이게이스 효소가 이 조각들을 이어 붙인다.

RNA도 뉴클레오타이드로 이루어져 있지만 단일 가닥이며, 당은 리보스이고 티민 대신 우라실을 사용합니다. 여기서 가장 중요한 유형은 **메신저 RNA(mRNA)**로, 유전자의 Instructions 사본을 핵 밖으로 운반하여 사용되도록 합니다.

유전자는 하나의 폴리펩타이드를 코딩하는 DNA 뉴클레오타이드의 서열입니다.

코드는 트리플릿—세 개의 염기 그룹으로 읽힙니다. 각 트리플릿은 특정 아미노산 하나를 코딩하거나 시작 또는 종지 신호 역할을 합니다. 코드는 범용적입니다: 거의 모든 생명체는 동일한 아미노산을 위해 같은 트리플릿을 사용합니다.

64가지 가능한 트리플릿이 있지만 common한 아미노산은 20종뿐이므로, 대부분의 아미노산은 여러 트리플릿에 의해 코딩됩니다.

전사 (핵 내에서)

DNA 유전자가 mRNA로 복사됩니다. 이를 전사라고 합니다.

• 복사되는 DNA 가닥은 템플릿 가닥; 파트너 가닥은 비전사 가닥입니다.
• 효소 RNA 중합효소가 템플릿 염기에 상보적으로 짝지어지는 RNA 뉴클레오타이드를 연결합니다(우라실이 아데닌과 짝지어짐).
• 진핵생물에서 생성된 첫 번째 RNA(원전사)에는 코딩 부분인 엑손과 비코딩 부분인 인tron이 포함됩니다. 인트론은 잘려 나가고 엑손들이 이어져 완성된 mRNA를 형성합니다.

번역 (리보솜에서)

mRNA가 핵을 빠져나와 리보솜에 결합합니다. mRNA 코드로부터 폴리펩타이드를 조립하는 것을 번역이라고 합니다.

• mRNA는 코돈(각 코돈은 mRNA 염기의 한 트리플릿)으로 읽힙니다.
• 전달 RNA(tRNA) 분자들이 아미노산을 리보솜에 가져옵니다. 각 tRNA에는 matching 코돈과 짝지어지는 안티코돈이 있습니다.
• 코돈들이 순서대로 읽히면서 리보솜이 펩타이드 결합을 통해 아미노산들을 연결하여 폴리펩타이드를 조립합니다.

해설 예시. DNA 템플릿 가닥 서열이 TAC GGA CTT일 때, mRNA 코돈을 쓰고 폴리펩타이드 길이를 설명하시오. 상보적 염기 쌍에 의해 전사하며, RNA는 티민 대신 우라실을 사용함을 기억할 것: TAC → AUG, GGA → CCU, CTT → GAA. 따라서 mRNA 서열은 AUG CCU GAA이다. AUG은 시작 코돈(메티오닌)이므로, 폴리펩타이드는 3개의 아미노산으로 이루어져 있다 — 시작 메티오닌 제거 시 2개가 남음.此处主要扣分点是两个：写mRNA时A与T配对而非U，以及转录了编码链而非模板链。mRNA는 템플릿 가닥과 상보적이며, 코딩 가닥과 동일하지만 T 대신 U가 사용된 점에 유의할 것.

유전자 돌연변이는 DNA 분자의 염기 서열 변화입니다. 이는 생성되는 폴리펩타이드를 변경할 수 있습니다. 세 가지 유형이 있습니다:

• 치환(substitution) — 한 염기가 다른 염기로 교체됩니다. 이는 최대 하나 이상의 아미노산만 변경하며, 때로는 아무것도 변경하지 않습니다(대부분의 아미노산이 여러 트리플릿을 갖기 때문입니다).
• 결실(deletion) — 한 염기가 제거됩니다.
• 삽입(insertion) — 추가적인 염기가 들어갑니다.

결실이나 삽입은 이후 모든 트리플릿이 읽히는 방식을 이동시키므로, 일반적으로 그 지점 이후 많은 아미노산을 변경하며 폴리펩타이드에 큰 영향을 미칩니다.

• DNA는 **상반평행(aliparallel)**이며 수소 결합(A=T 2개, C≡G 3개)으로 유지됩니다; 복제는 반보존적입니다(각 산물이 한 개의古い 가닥을 유지함).
• 어디에서와 무엇을 명시하십시오: 전사(핵 → mRNA), 번역(리보솜, mRNA + tRNA → 폴리펩타이드).
• 트리플릿, 오버랩되지 않음, 중첩(degenerate), 범용적이라는 네 가지 용어를 사용하여 코드를 설명하십시오.
• 유전자 돌연변이(치환, 삽입, 결실)에 대한 단백질에 미치는 영향을 설명하고, 왜 치환이 무의미(silent)할 수 있는지(중첩성) 설명하십시오.