DNA와 RNA에서 사용되는 염기차이, DNA polymerase의 효소활성, 단백질 합성시 사용되는 ATP (에너지) 계산

소개

DNA에서 사용되는 Thymine과 RNA에서 사용되는 Uracil 간의 차이점에 관하여 조사하고, 합성 경로 및 구분되는 이유에 관하여 작성하였습니다,
또한 DNA 복제 과정에서 관여하는 여러 단백질과 원리를 기재하였고,
Polymerase의 한 방향 합성과 관련하여 원핵세포와 비교하여 진행세포의 Polymerase의 Proofreading 기능에 대해 서술하였습니다.
원핵세포에서 mRNA를 만들고 단백질을 합성하는 과정에서 최소한의 에너지를 ATP 단위로 계산하는 방법에 대하여 기재하였습니다.

목차

1. DNA에서는 뉴클레오티드로 Thymine이 사용되고, RNA에서는 Uracil이 사용되는데, Thymine이 Uracil로부터 합성되는 경로와 왜 이렇게 구분되어 사용되는지 합리적인 이유를 설명하시오.
2. DNA 복제에 관여하는 많은 단백질을 원핵세포의 Replisome과 진핵세포의 Replisome으로 구분하여 설명하고, 특히 모든 Polymerase(중합효소)가 5‘-->3’ 방향으로 합성되는데, 만약 3‘-->5’으로 합성된다면 어떠한 불리한 상황이 오는지 Proofreading (3’-->5’ exo 또는 5‘-->3’ exonuclease 활성)과 연관지어 설명하시오.
3. E. coli 내에서 자유 아미노산, 자유 tRNA, 전사를 통해 만들어진 mRNA로부터 150개의 아미노산으로 이루어진 단백질을 리보좀을 통해 합성한다고 할 때, 필요한 최소한의 에너지를 ATP의 단위로 계산하시오.

본문내용

Thymine은 5번 탄소에 Methyl기(-CH3)가 존재한다는 점에서 Uracil과 구조적 차이를 보인다. 이러한 이유로, Thymine을 5번 탄소에 Methyl기(-CH3)가 붙은 Uracil을 의미하는 5-methyluracil이라고도 일컫는다 National Library of Medicine (PubChem), Compound Summary, Thymine
. Methylation은 티미딜레이트 합성효소(thymidylate synthase)에 의해서 일어나는데, 이 효소는 우라실(uracil)의 2’-deoxyuridine-5’-monophosphate(2`-디옥시유리딘-5`-일인산)의 메틸화를 촉매한다. 티미딜레이트 합성효소는 기질의 활성화를 위해서 Amino acid의 Side chain 활성화 부위를 이용한다.
DNA에서는 Nucleotide를 구성하는 염기로 Thymine을 사용하는 반면, RNA에서는 Nucleotide를 구성하는 염기로 Uracil을 사용한다 National Human Genome Research Institute, Uracil
. 이렇게 DNA와 RNA에서 사용하는 염기가 다른 이유는 여러 관점에서 접근해볼 수 있었다.
첫 번째로, 생체 내에서 Cytosine이 자발적으로 Deamination하여 Uracil을 만들어낸다는 점에 주목해볼 수 있었다. Cytosine의 Deamination은 아래 <그림 3>의 과정에 따라 나타난다. Cytosine의 Deamination은 자발적으로 생체 내에서 Cytosine이 Deamination process를 거쳐 Uracil을 만들어낸다는 점에서 Mutation을 유발하는 원인으로 작용할 수 있다. 따라서, 생체 내에서는 생성된 Uracil을 Uracil-DNA glycosylase로 특이적으로 제거하고, 제거된 부위(AP site)를 AP endonuclease로 제거, DNA polymerase로 Nucleotide를 삽입, DNA ligase로 DNA를 연결하는 과정이 순차적으로 이루어진다.

참고자료

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