DNA 복제는 세포 내에서 어떻게 이루어지나요?
DNA 이중 나선이 풀리고 주형 가닥을 따라 새로운 상보적인 가닥이 합성되는 전체 과정(복제 포크, 효소 작용 등)을 설명해 주시겠어요?
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
복제 시작점에서 헬리케이스가 이중가닥을 벌려, 볼제 포크를만들면,
주형 3'→5' 쪽에서는 DNA 폴리머라아제가 RNA 프라이머를 따라서 연속족으로 산가닥을 합성합니다.
반대가닥은 한번에 거꾸로 못만들기때문에 오카자키 절편 단위로 불연속 합성된 뒤
RNase나 리가아제가 프라이머 제가와 연결을 수행하는 방식으로 전체 이중나선이 복제됩니다.
감사합니다.
DNA 복제는 헬리카아제에 의해 이중 나선이 풀리고 복제 원점에서 복제 포크가 형성되는 것으로 시작되며, 이후 DNA 중합효소가 풀린 주형 가닥에 상보적인 뉴클레오타이드를 추가하여 새로운 가닥을 합성합니다. 이 과정에서 선도 가닥은 연속적으로 합성되는 반면, 지연 가닥은 프라이머와 DNA 중합효소에 의해 짧은 오카자키 절편으로 불연속적으로 합성된 후 DNA 리가아제에 의해 연결되어, 최종적으로 각 이중 나선이 원래의 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나를 포함하는 반보존적 복제를 통해 정확한 유전 정보가 복제됩니다.
안녕하세요.
DNA 복제는 생명체 내에서 중요하게 이루어지는 분자생물학적 기작입니다.
DNA 복제는 세포가 분열하기 전에 자신의 유전정보를 정확히 두 배로 만드는 과정으로, 이중 나선 구조가 풀리고 각 가닥이 주형이 되어 새로운 상보적 가닥이 합성되는 방식으로 진행됩니다.
우선 복제는 특정한 시작점인 복제 기점에서 시작되며, 여기에서 헬리케이스가 DNA 이중 나선을 풀어 두 가닥을 분리합니다. 이때 가닥이 벌어지면서 Y자 형태의 복제 포크가 형성되고, 노출된 단일 가닥은 불안정해지기 때문에 단일가닥 결합단백질(SSB)이 결합하여 가닥이 다시 붙지 못하도록 안정화합니다.
또한, DNA가 풀릴 때 앞쪽에서 과도하게 꼬임이 누적되는 것을 방지하기 위해 토포아이소머레이스가 작용하여 초나선 구조의 긴장을 완화합니다.
복제 포크에서 합성이 본격적으로 진행되기 위해서는 DNA 중합효소가 붙을 수 있는 3'-OH 말단이 필요한데, 이를 제공하기 위해 프라이메이스가 짧은 RNA 프라이머를 합성합니다. 이후 DNA 중합효소 III(원핵세포 기준으로 했을 때) 또는 DNA 중합효소 δ/ε(진핵세포) 가 주형 가닥을 따라 상보적인 뉴클레오티드를 5'→3' 방향으로 연결하며 새로운 가닥을 확장합니다.
DNA는 두 가닥이 서로 역평행이므로 한쪽 가닥에서는 복제 방향과 합성 방향이 일치해 연속적으로 합성되는 주형 가닥이 형성되고, 반대쪽 가닥에서는 합성 방향이 반대로 되어 불연속적으로 합성되는 지연 가닥이 만들어집니다. 이 지연 가닥은 여러 개의 짧은 오카자키 절편의 형태로 생성되며, 각 절편마다 프라이머가 필요합니다. 합성된 뒤에는 여러 정리 단계가 이어지는데요 먼저 DNA 중합효소 I(원핵) 또는 RNase H + DNA pol δ(진핵) 가 RNA 프라이머를 제거하고 그 자리를 DNA로 채웁니다. 이어서 남아 있는 절편 사이의 틈은 DNA 리가아제가 인산다이에스터 결합을 형성하여 하나의 연속된 DNA 가닥으로 연결합니다.
최종적으로 두 개의 동일한 이중 나선 DNA가 생성되며, 각각은 부모 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나씩을 포함하기 때문에 DNA 복제는 반보존적 방식으로 이루어진다고 설명할 수 있습니다. 감사합니다.
DNA 복제는 반보존적 복제 방식으로 진행되며, 각 이중 나선이 풀려 나온 한 가닥이 새로운 상보적 가닥을 합성하는 주형 역할을 합니다.
DNA 복제는 크게 개시, 신장, 종결의 세 단계로 나뉩니다.
먼저 DNA 헬리케이스라는 효소가 복제 원점에 결합하여 DNA 이중 나선 사이의 수소 결합을 끊어 두 가닥을 분리합니다. 이 분리된 부위가 Y자 모양의 복제 분기점을 형성합니다. 그리고 SSB 단백질이 분리된 가닥을 안정화하고, 토포이소머라아제가 초꼬임을 해소하고 프리마아제가 복제를 시작할 RNA 프라이머를 합성합니다.
그리고 DNA 중합효소는 프라이머의 3' 말단에 새로운 뉴클레오타이드를 추가하여 5' -> 3' 방향으로만 합성합니다.
이 때 선도 가닥은 복제 분기점을 따라 연속적으로 합성되며, 지연 가닥은 복제 분기점에서 멀어지는 방향으로 불연속적인 오카자키 절편 형태로 합성됩니다.
마지막으로 다른 DNA 중합효소가 RNA 프라이머를 제거하고 DNA로 채우고 DNA 리가아제가 오카자키 절편 사이의 틈을 연결하여 연속적인 가닥을 완성하게 되는 것입니다.
결과적으로, 원래 가닥 하나와 새 가닥 하나로 구성된 두 개의 동일한 DNA가 생성되게 되는 것이죠.