뉴클레오타이드

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뉴클레오타이드

[ nucleotide ]

뉴클레오타이드는 대부분의 생명체들이 공통적으로 갖는 생체물질로서 DNA와 RNA를 구성하는 기본 단위체이며, 세포 신호 전달과 대사 및 효소 반응에도 관여 한다. 뉴클레오티드는 인산기, 5-탄당 및 질소염기의 세 부분으로 구성되어 있다. DNA의 4 가지 질소성 염기는 아데닌(adenine), 사이토신(cytosine), 구아닌(guanine) 및 티민(thymine)이며, RNA는 티민 대신 우라실(uracil)을 포함한다. 세포 에너지 대사에 중요한 역할을 하는 뉴클레오타이드는 Adenosine triphosphate (ATP, 아데노신 삼인산), Guanosine triphosphate (GTP, 구아노신 삼인산), Cytidine triphosphate (CTP, 사이티딘 삼인산) 그리고 Uridine triphosphate (UTP, 우리딘 삼인산)이며 아미노산, 단백질 및 세포막 합성, 세포 이동 및 세포 분열 등에 관여한다. 또한, cyclic guanosine monophosphate (cGMP) and cyclic adenosine monophosphate (cAMP)는 세포의 신호전달에 관여한다.

그림 1. 뉴클레오타이드 기본구조 (출처: )

목차

  1. 1.뉴클레오타이드의 기본 구조
    1. 1.1.뉴클레오타이드 염기
    2. 1.2.뉴클레오타이드의 5-탄당
    3. 1.3.뉴클레오타이드의 인산기
  2. 2.뉴클레오타이드의 종류와 기능
    1. 2.1.핵산(Nucleic Acids)
    2. 2.2.비핵산 뉴클레오타이드(Non-nucleic acid nucleotide)
  3. 3.뉴클레오타이드 생합성
    1. 3.1.피리미딘 뉴클레오타이드 신생합성
    2. 3.2.퓨린 뉴클레오타이드 신생합성
  4. 4.집필
  5. 5.감수

뉴클레오타이드의 기본 구조

뉴클레오타이드 염기

질소염기는 뉴클레오티드의 기본구조를 이루는 부분이며, 핵산에서는 퓨린 또는 피리미딘 염기를 구성한다.

뉴클레오타이드의 5-탄당

뉴클레오타이드의 종류와는 상관없이 5-탄당은 항상 동일하다. 하지만, 유전물질인 DNA에서 5-탄당은 디옥시리보스이고 RNA의 5-탄당은 리보스이다.

뉴클레오타이드의 인산기

뉴클레오사이드에 결합한 인산기는 개수에 따라 일인산(monophosphate), 이인산(diphosphate), 그리고 삼인산(triphosphate)기로 구성된다. 각각의 인산기는 가역적으로 그 수가 조절될 수 있다.

그림 2. 뉴클레오타이드의 퓨린과 피리미딘 구조 (출처: )

뉴클레오타이드의 종류와 기능

핵산(Nucleic Acids)

핵산은 DNA와 RNA를 일컫는 일반적인 이름이며, 대부분의 생명체에 필수적인 뉴클레오타이드로 구성된 생체분자이다. 핵산은 5개의 탄소로 이루어진 당, 인산기 및 질소염기의 세가지 성분으로 구성된 단량체이다. 당 화합물이 리보스 인 경우, 중합체는 RNA (리보핵산)를 구성하고 디옥시리보스인 경우의 중합체는 DNA (디옥시리보핵산)를 구성한다.

비핵산 뉴클레오타이드(Non-nucleic acid nucleotide)

① cAMP(cyclic nucleotide)은 신호전달 경로에 관여하는 2차 신호전달자로 기능하며, 5번과 3번 탄소가 인산기에 의해 연결되어 있는 구조를 갖는다.

cAMP(cyclic nucleotide) (출처: )

② NADP (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)는 NADPH를 요구하는 캘빈 회로(Calvin cycle)및 지방과 핵산 합성에 관여하는 보조인자이다.

NADP (Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) (출처: )

③ FAD (flavin adenine dinucleotide)는 산화-환원반응의 보조인자이며, 에너지대사에 사용되는 효소 복합체의 구성물질이다.

FAD (flavin adenine dinucleotide) (출처: )

④ ppGpp (Guanosine tetraphosphate)는 아미노산 결핍 환경에 놓인 세균에서 생성되는 조절 뉴클레오타이드이다. ppGpp는 단백질 합성에 필요한 rRNA와 tRNA의 합성을 막아 핵산의 불필요한 합성을 억제한다.

ppGpp (Guanosine tetraphosphate) (출처: )

뉴클레오타이드 생합성

뉴클레오타이드는 신생합성경로(DE NOVO pathway)와 회수경로(SALVAGE pathway)를 통해 합성될 수 있다. 신생합성경로는 주로 간에서 이루어지며, 이를 통해 아미노산과 탄수화물 대사의 생합성 전구체로부터 뉴클레오타이드를 합성한다. 회수경로는 활성화된 리보스에 각각의 염(base)이 결합하여 뉴클레오타이드를 합성한다.

DE NOVO pathway 리보스(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate, PRPP) + 아미노산 + ATP + 이산화탄소
ALVAGE pathway 리보스(5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate, PRPP) + 염(base)

피리미딘 뉴클레오타이드 신생합성

피리미딘은 세포질에서 공유결합 된 고리 구조 형태로 aspartate와 carbamoyl phosphate으로부터 처음 합성된다. 이후 피리미딘 고리구조에 인산화 된 리보실 단위가 결합하여 UTP와 CTP를 거쳐 RNA로 합성되며, TTP 혹은 dCTP를 거쳐 DNA로 합성된다.

① Bicarbonate + NH3 + 2 ATP --> Carbamoyl phosphate

② Carbamoyl phosphate + Aspartate --> 피리미딘 고리

③ Pyrimidine ring + PRPP --> RNA 형성을 위한 UTP 혹은 CTP 합성, DNA 형성을 위한 TTP 혹은 CTP 합성

퓨린 뉴클레오타이드 신생합성

퓨린 뉴클레오타이드의 신생합성에 사용되는 원자는 CO2, Glycine, Aspartate, ribose-P, N10-Formyl tetrahydrofolate, Glutamine과 같은 다양한 물질로부터 공급된다. 퓨린 고리구조는 Inosine monophosphate (IMP)를 통해 ATP 혹은 GTP를 거쳐 RNA로 합성되며, 혹은 dATP와 dGTP를 거쳐 DNA로 합성된다.

① 다양한 물질대사로부터 온 원자 --> 퓨린 고리구조

② 퓨린 고리구조 --> Inosine monophosphate (IMP)

③ IMP --> RNA 형성을 위한 ATP 혹은 GTP 합성, DNA 형성을 위한 dATP 혹은 dGTP 합성

뉴클레오타이드 합성 (출처: )

집필

김근필/중앙대학교

감수

이준희/부산대학교