Chap. 1
Molecular and
Biological Chemistry
BIOINFORMATICS ?
• BT(Bio Technology) + IT(Information Technology)
Evolution
Developmental
Biology
Phylogenetics
System
Biology
Transcriptomics
Bioinformatics
Molecular
Biology
Genetics
Proteomics
Structure
of
DNA
Nucleotides
Each nucleotide is composed of a phosphate, a sugar, and a
nitrogenous base
Nitrogenous bases
Sugar (S)
Purines
Pyrimidines
A always
pairs with
T (see
part b)
Deoxyribose
Thymine (T)
Adenine (A)
Phosphate (P)
G always
pairs with
C (see
part b)
Guanine (G)
Cytosine (C)
Double-helix
Pauling의 triple DNA helix model의 시도  실패함
“Rungs”
made of
nitrogenous
bases
Sugar-phosphate “handrail”
“Handrails”
made of
sugars and
phosphates
Sugar-phosphate “handrail”
DNA double helix
Each strand is a chain of of antiparallel
is made of two strands.nucleotides.
“Rung”
Nucleotide
Nucleotides within
strand are
connected
by covalent
bonds.
The two
strands are
connected by
hydrogen
bonds
between the
nucleotides.
Packing
FISH (florescence in situ hybridization) for Amborella trichopoda
Mid-phase
Inter-phase
Blue: nuclear genome
Red: mitochondria genome
Green: chloroplast genome
Amborella 세포 핵에서의 세 유전체의 분포를 FISH에 의해 보여준 사진. FISH는 특정 DNA 조각의 끝에 florescence dye를
labeling 한 후 이를 probe로 사용하여 genome에 hybridization 시킴으로서 이 DNA염기서열과 같은 염기서열이 genome 상에 어
디에 위치하는지를 밝힐 수 있는 기술이다. 위의 사진에서 핵DNA 구간을 probe로 사용하면(파란색) 세포분열 중기에서는 핵유전
체들이 뭉쳐서 염색체를 형성함으로 파란색이 염색체 수 만큼 보이게 되지만 간기에서는 파란색이 흩어져 보여 유전체가 뭉쳐져 있
지 않음을 알 수 있다. 초록색과 빨간색으로 표지된 엽록체 및 미토콘드리아 유전체는 중기와 간기에서 변화가 없음을 알 수 있다.
A SEM picture of human chromosome
DNA polymerization
DNA polymerization: DNA polymerase extends a primer by using
a complementary strand as a template.
5) Mg++
3) DNA POLYMERASE
2) PRIMER
5’
Unzip first!
3’
T T T GC A AGGGC T
…
A A ACGT TCCCGAGT TCC TCGAGTGT T ACGT TC T TC TC T AGTGT T ACA A ACGT TCCACGT TCA A A
3’
5’
1) TEMPLETE
T
A
4) dNTP’s pool
A
dATP
C
dCTP
G
dGTP
dTTP
T
T
A
C
G
C
G
A
G
T
C
A
G
T
G
C
A
T
C
Newly synthesised strand
5’
T T T GC A AGGGC T C A AGGAGC T C A C A A T GC A AGA AGAGA T C A C A A T G T T T GC A AGG T GC
…
A A ACGT TCCCGAGT TCC TCGAGTGT T ACGT TC T TC TC T AGTGT T ACA A ACGT TCCACGT TCA A A
3’
5’
DNA replication
Animation:
DNA replication
Central Dogma
Central dogma는 생명체 내에서의 기
본적인 정보의 흐름을 말한다. 즉 모든 정
보는 DNA 상태로 코딩되어 있으며 mRNA
로 전사되어 protein으로 번역된다는 것이
다. Protein은 생명체의 기본 구조를 형성
할 뿐 아니라 생명현상의 가장 기본적인 활
동을 매개하는 모든 종류의 enzyme을 이
루는 기본 구성물이다.
RNA virus는 유전정보를 RNA 상태로
코딩하고 있어서 이의 발견은 central
dogma에 어긋나는 현상이라고 생각될 수
도 있지만 RNA는 DNA로 reversetranscription(역전사)이 일어나 DNA를 만
든 후 central dogma의 기본 흐름을 이어
가게 된다. 그러므로 RNA virus의 존재 또
한 central dogma에 위배되는 것은 아니
다.
Reverse-transcriptase의 발견에 의해
불안정한 상태의 mRNA를 안정된 상태의
cDNA로 바꿀 수 있어 이는 mRNA 연구 및
유전체 연구의 혁신적인 방법이 되고 있다.
Reverse-transcription
Transcription and Translation
P-site
A-site
Transcription animation
Translation animation
Ribosome
mRNA
rRNA
tRNA
In prokaryotes,
Large subunit = 23S rRNA + 5S rRNA + proteins
Small subunit = 16S rRNA + proteins
Codon table
Q: 왜 codon은 triple codon 일까?
Genetic code
Codon: triple base pair가 각각의 amino acid를 지정한다.
왜 genetic code 는 triple 일까?
 double code는 42 = 16 개의 서로 정보를 저장한다.
 triple code: 43 = 64 (20 개의 amino acid들의 정보를 담기에 너무 많다!!)
그러므로 triple code에서는 하나의 amino acid에 중복된 code들이 존재한다.
Degenerate site (축쇄 좌위)
- twofold degenerate site
- fourfold degenerate site
Synonymous codon:
code가 변해도 해당 amino acid는
변하지 않는 것.
Nonsynonymous codon:
code가 변하면 amino acid도
변하는 것.
Initiation codon: AUG
Stop codon: UAA UAG UGA
In chemistry, polarity refers to a
separation of electric charge leading to a
molecule or its chemical groups having
an electric dipole or multipole moment.
H2O
Protein
structure
Protein structure animation
Fold it-protein folding game
Nate news about “Fold it”
Splicing
• Introns: protein 합성 과정 중에 mRNA의 일부
가 잘려나가서 정보가 쓰이지 않는 DNA 부위
- 거의 항상 intron은 “GT-----AG” 의 구조
로 이루어져 있다.
• Exons: protein 의 정보를 포함하는 DNA 부위
• Intron의 크기와 구조는 유전자에 따라 매우 틀림
histon: intron 이 없음
virus SV40: 31bp
human dystrophin gene: 210,000bp
Splicing animation
Alternative splicing
• Alternative splicing: 하나의 염기서열이 여러 기능을 하는 다양한 단백질을
만들어 내는 역할을 함.
Kim et al., 2005. Sequence and expression studies of A-, B-, and E-CLASS MADS-box homologues in
Eupomatia (Eupomatiaceae): support for the bracteate origin of the calyptra. International Journal of Plant
Sciences 166: 185-198.
웹사이트의 저널1 확인 하시오.
mRNA Processing
1) 5’ capping
2) Splicing
3) 3’ tailing