1)수소결합(Hydrogen bond)- 수소 결합은 N(질소), O(산소), F(플루오린) 등 전기 음성도가 강한 원자와 수소를 갖는 분자가 이웃한 분자의 수소 원자 사이에서 생기는 인력으로 일종의 분자 간 인력이다. 수소 결합을 하는 물질은 분자량이 비슷한 다른 분자들에 비해 녹는점과 끓는점이 높고, 융해열과 기화열이 크다. 수소 결합은 분자 내에서 일어나는 원자 간의 화학결합이 아니라 분자 사이에서 일어나는 인력으로, 화학결합과는 다르며 다른 종류의 '분자 간 인력' 보다 훨씬 강해 수소'결합' 이라고 부를 뿐이다. 하지만 원자간 결합보다는 약하여 열 등의 외적 요인으로도 쉽게 분리될 수 있다.2)DNA의 화학적 구조- DNA는 2중의 긴 폴리뉴클레오티드 사슬로 구성되어 있으며, 2개의 폴리뉴클레오티드 가닥이 퓨린과 피리미딘의 염기결합으로 2중나선을 이룬다. 구아닌염기(퓨린)는 시토신염기(피리미딘)와 3중 수소결합을 하며, 아데닌염기(퓨린)는 티민염기(피리미딘)와 2중 수소결합을 한다.당(디옥시리보오스)은 인산 이에스테르 결합으로 뉴클레오티드를 연결하여 각 DNA 가닥의 뼈대를 이룬다. 염기는 소수성이 커서 두 가닥의 DNA 안쪽에 위치하며, 두 DNA 가닥은 2중나선 구조를 이룬다. 인간세포의 DNA는 일직선으로 폈을 때 약 2m가 되며, 인간을 구성하는 세포들 전체에서 DNA를 분리하여 연결하면 지구와 태양 사이를 연결하고 다시 돌아올 수 있을 만한 길이가 된다.핵 안에서 DNA는 히스톤 및 비(非)히스톤 단백질과 결합하여 염주 모양의 뉴클레오솜을 형성한다. 약 140개의 염기쌍에 해당하는 DNA가 이 뉴클레오솜을 감고 있으며 뉴클레오솜 간의 거리는 20~40 염기쌍 정도가 된다.이러한 DNA의 화학적 구조는 RNA 보다 열이나 산과 같은 외부 충격에 강한 구조를 가지게 된다. 특히 염기간의 수소결합은 DNA의 안정성에 큰 기여를 한다. 아데닌과 티민 사이에는 2개의 수소결합이 형성되며, 시토신과 구아닌 사이에는 3개의 수소결합이 형성된다. 수소결합이 많을수록 더 강한 결합을 가지고, 더 안정한 DNA구조를 형성하기 때문에 유전학 실험에서 시토신과 구아닌 함량이 큰 유전자일수록 높은 Tm 값을 가진다.
-1952년 이 실험이 있기 전까지 유전학에서는 DNA를 유전물질의 강력한 후보로 생각하기는 하였으나 확증하지는 못하고 있었다. DNA 이외에 단백질이 유전물질의 후보로 지목되고 있었다. 허시와 체이스는 DNA와 단백질 가운데 어떤 것이 유전물질인지를 확인하기 위해 다음과 같이 실험을 진행하였다.1)모델 생물: 허시와 체이스는 실험에 이용되는 모델 생물로 박테리오파지 T2와 대장균을 선택하였다. 박테리오파지는 대장균과 같은 세균에 침투하는 바이러스의 일종이다.2)지시 물질: 실험의 결과를 확인하기 위해 방사성 동위원소를 사용하였다. 실험의 개요를 설명한 그림의 위쪽 실험은 인의 동위 원소인 32P를 함유한 배지를 사용하여 박테리오 파지의 DNA에 방사성 표지를 달았다. 아래 실험에서는 단백질에 방사성 표지를 달기 위해 황의 동위 원소인 35S를 사용하였다. 원소 S와 P를 사용한 이유는, DNA물질에는 인산이 함유되어있고, 단백질의 아미노산에는 S가 포함되어있기 때문에, 단백질과 DNA의 표지물질로 사용 될 수 있기 때문이다.두 방사성 원소를 사용한 실험은 다음과 같이 진행되었다.3) 실험 1 : 먼저, 대장균을 박테리오파지에 노출시켜 감염시킨다.주방용 믹서를 이용하여 대장균은 터트리지 않고 대장균에 침투하지 못한 박테리오 파지를 걸러낸 후, 원심분리기를 이용하여 대장균을 분해한다.원심분리의 결과 32P는 대부분 DNA에서 발견되고 35S는 대부분 단백질에서 발견됨을 확인하였다.
1. 염색체와 감수분열에 대해 조사하시오.1)염색체(Chromosome)- 염색체는 유전자로 구성된 생물의 유전에 관여하는 물질로, 세포 안에 실 모양 구조를 이루는 것을 현미경으로 관찰 할 수 있다.염색체의 구조와 위치는 원핵세포와 진핵세포를 나누는 기준이 된다. 세균이나 남조류와 같이 원핵세포로 구성된 생물에서는 염색체가 전부 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid/DNA)으로 구성되어 있다. 원핵세포의 단일염색체는 핵막으로 둘러싸여 있지 않지만, 진핵세포의 염색체는 막으로 둘러싸인 핵 안에 존재한다. 또 원핵세포와 달리 진핵세포에는 인트론과 엑손, 텔로미어, 히스톤 단백질이 존재하며, RNA의 스플라이싱도 일어난다. 원핵세포와 진핵새포는 유전적 구조와 합성 효소, 방법적으로 많은 차이가 있지만 둘 모두 염색체상에 존재하는 DNA의 염기배열에 의해 유전정보가 결정된다.모든 종은 고유한 염색체수를 가지고 있다. 유전자의 개수와 유전적으로 고등생물이냐 아니냐는 연관이 없다. 무성생식을 하는 종에서의 염색체수는 그 생물을 구성하는 모든 세포들에 있어 동일하지만, 유성생식을 하는 생물에서는, 몸을 구성하는 체세포의 염색체수는 이배체(2n)이고, 성세포 또는 배우자의 염색체수는 반수체(n)이다. 반수체의 염색체는 감수분열 과정에서 생성된다. 수정과정에서 2개의 배우자가 결합해 이배체 염색체를 갖는 단세포인 접합자를 이룬다. 체세포는 유사분열 에 의해 분열한다. 세포분열과 세포분열 사이에 유전물질인 염색질은 염색사라고 하는 필라멘트의 망구조로 핵 전체에 퍼져 있다. 이러한 긴 필라멘트는 풀려진 염색체로부터 형성되는데 이 상태에서 표면적이 넓어짐으로써 DNA 합성을 촉진하는 것으로 보인다. 이 시기에 DNA의 양이 두 배로 복제된다.세포분열이 시작될 때 염색사는 응축되어 꼬이고 단백질 층에 둘러싸여 아주 작은 염색체를 형성한다. 실제로 각 염색체는 동원체에 의해 서로 결합되어 있는 1쌍의 염색분체로 이루어져 있다. 동원체는 염색분체를 세포의 반대편 끝으로 끌어당기는 구조물인 방추사와 결합하는 부분이다. 세포분열의 중간단계에서 중심체가 복제되고 염색분체쌍이 나뉘게 되는데 각 염색분체는 이 시기에 독립된 염색체가 된다. 세포가 분열하면 2개의 딸세포는 하나의 완전한 염색체 세트(이배체)를 가지게 된다. 이어 새로 형성된 딸세포의 염색체가 풀리게 되고 필라멘트의 망구조가 다시 형성된다.성이 분리되어 있는 생물체는 기본적으로 성염색체 와 상염색체의 2가지 형태 염색체가 있다. 상염색체는 성염색체에 의해 조절되는 성과 관련된 유전형질을 제외한 모든 유전형질의 발현을 조절한다. 사람은 22쌍의 상염색체와 1쌍의 성염색체를 가지고 있으며 상염색체와 성염색체는 세포가 분열하는 동안 동일한 행동양식을 보인다. 염색체의 절단은 염색체의 어느 한 부위가 물리적으로 끊어짐을 의미한다. 염색체가 절단된 이후에는 재결합이 수반되는데, 보통 원래의 위치와는 다른 위치에서 재결합된다. 감수분열 동안에 일어나는 상동염색체의 절단과 재결합은 교차의 고전적인 모형의 기본이 되며 이 교차에 의해 다양한 형질의 후손이 생기게 된다.2)감수분열(Meiosis)- 생식세포를 만들기 위한 진핵생물의 세포 분열 형태 중 하나이며, 생식세포 분열이라고도 한다. 유성생식하는 생물에서 볼 수 있는 특징적인 과정으로 이러한 생물의 핵에는 2배체의 염색체가 1세트 들어 있는데, 이들은 양쪽 부모에게서 반수체 염색체를 각각 1벌씩 받아 이루어진다. 각각의 반수체는 같은 형태일 필요는 없지만 같은 종류의 유전자를 가지므로 서로 상동적이다.
DNA의 화학적 구조와 염기의 상보성에 대한 수소결합의 역할
