DNA 복제에서 양방향 복제가 지연가닥의 원인이 되나요?

Question

1학년 수업인데 DNA 복제에서 지연 가닥이 생기는 이유를 적으라는 문제가 나와서 5'에서 3'방향으로만 합성가능하고 3'-OH 말단을 제공하는 primer가 계속해서 필요하기 때문이라고 적었는데 교수님께서 제가 적은 내용은 맞으나 양방향 복제를 적지 않았기 때문에 틀렸다고 하셨습니다 그런데 아무리 찾아보고 생각해봐도 양방향 복제가 지연 가닥의 이유가 되는지 잘 모르겠는데 아시는분은 설명해주시면 좋겠습니다

Answer 1

안녕하세요! 손성민 과학전문가입니다.

DNA 복제에서 양방향 복제가 지연가닥의 원인이 되는 이유는 다음과 같습니다.

우선, DNA는 더블스트랜드 구조를 가지고 있습니다. 이 더블스트랜드 구조는 상보적인 염기서열을 가지고 있어서 한 쪽 가닥의 염기서열을 알면 다른 쪽 가닥의 염기서열도 알 수 있습니다.

DNA 복제는 더블스트랜드 구조를 유지하면서 진행되는데, 이때 양쪽 가닥을 동시에 복제하는 것이 아니라 한 쪽 가닥을 복제한 후 다른 쪽 가닥을 복제하는 방식으로 진행됩니다. 이를 단방향 복제라고 합니다.

그렇기 때문에 양쪽 가닥을 동시에 복제하는 양방향 복제가 아니라 단방향 복제를 하게 되면, 한 쪽 가닥은 빠르게 복제가 진행되지만 다른 쪽 가닥은 지연되게 됩니다. 이 지연된 가닥을 지연가닥이라고 합니다.

따라서 양방향 복제가 아니라 단방향 복제를 하게 되면 지연가닥이 생기게 되는 것이죠. 이 지연가닥을 채워주기 위해서는 3'-OH 말단을 제공하는 primer가 필요합니다. 이 primer는 지연가닥의 3'-OH 말단에 결합하여 복제를 시작하게 됩니다.

따라서 양방향 복제가 아니라 단방향 복제를 하게 되면 지연가닥이 생기고, 이를 채워주기 위해서는 primer가 필요하게 되는 것입니다.

이렇게 양방향 복제가 아니라 단방향 복제를 하게 되면 지연가닥이 생기는 이유를 알려드렸습니다. 감사합니다.

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Answer 2

안녕하세요. 김형준 과학전문가입니다.

질문자께서 DNA의 복제 과정을 이해하고 있기는 하나.

문제는 대한민국의 시험은 특히 주관식 같은 경우는 이해한 것을 자기가 이해한 방식대로 서술하는 게 아니라, 선생님 기준에서 선생님이 수업시간에 말씀하셨던 키포인트들(키단어)들이 꼭 들어가야 맞게 해주는 경향이 있습니다.

이중 가닥인 것은 질문자께서도 이미 아실테고, 이중 가닥이 왜 지연가닥을 형성하는지 잘 생각해보면

DNA 2중 가닥을 helicase가 풀어헤치면은

한쪽 가닥은 3에서 5로 달리고

나머지 가닥은 5에서 3으로 달리는데

DNA polimerase는 5에서 3으로 달릴 수밖에 없음므로

DNA가 3에서 5로 가는 가닥에서는 polimerase가 그냥 바로 primer를 따라 5에서 3방향으로 신규 DNA를 형성할 수 있어 지연 까닭이 생기지 않지만,

DNA가 5에서 3으로 가는 가닥에서는 DNA 폴리머레이즈가 helicase가 진행하는 방향대로 진행할 수 없으며 지연가닥이 될 수 밖에 없습니다.

제가 아래에 사진을 첨부해 놓겠습니다. 아래 사진을 보시면 두 polimerase들이 바라보는 방향이 반대인 것을 알 수 있습니다.

지연가닥은 polimerase가 helicase와 반대방향으로 일을 하기 때문에 점프점프를 하면서 helicase를 뒤따라가야함으로 지연이 될 수 밖에 없습니다.