[왓슨 분자생물학] 9장 DNA 복제-1

9.1 DNA 복제

- 모든 서열이 정확히 1번 복제되기 위해 복제개시가 정확히 상호조정되어야 한다. 개시단계가 중요

 

1) 염기쌍 짝짓기로 DNA 복제가 가능하다

- 각 사슬은 새로운 상보적 사슬을 합성하는데 주형으로 사용하여 반보적 가닥 생성

 

2) DNA합성은 복제기점에서 시작된다

- 복제기점서열에 결합하는 개시단백질에 의해 DNA 복제시작

- 개시단백질은 수소결합 절단 2가닥 분리. 국부적으로 이중나선을 열면 복제단백질들이 DNA에 결합

- 복제기점 수 : 세균 1개, 효모 100개, 사람 10,000개

- 복제기점은 AT염기쌍이 많이 발견 → 분리용이

 

3) 2개 복제분기점이 각 복제기점에서 형성

- 각 복제기점에는 2개 복제분기점이 형성. 복제기구는 dNA를 따라 움직이며 이중나선 분리

- 2개 복제분기점은 서로 반대방향으로 DNA 복제

 

4) DNA 중합효소는 새 DNA 합성

- DNA pol. 은 DNA 3'에 뉴클레오티드를 첨가하는 반응을 촉매

- 새로 추가되는 뉴클레오티드 5‘의 인산기 간에 인산이에스터결합을 촉진한다. O-로 OH를 공격.

뉴클레오시드 3인산이 중합에 필요한 에너지를 공급하여 비가역적 중합반응을 만든다.

 

5) 복제분기점은 비대칭적

- 5‘ → 3’ 방향으로만 성장. 지연가닥과 선도가닥이 있다.

- 오카자키 절편 : 지연가닥

 

6) DNA 중합효소는 자체교정기능을 갖는다.

- 제대로 뉴클레오티드 첨가 시 중합효소가 다음 뉴클레오티드를 첨가하지만, 오류발견시 잘못된 뉴클레오티드를 제거하고 다시 중합과정 진행

- 이 교정 기능은 인산에스터 결합은 끊을 수 있는 핵산분해효소에 의해 수행

- 복합체 안에 DNA pol. 도 있고 editing 효소도 있다.

 

9.2 DNA 복제

1) RNA 조각이 DNA 합성의 프라이머로 작용

- Primase : DNA 사슬을 주형으로 짧은 길이의 RNA 합성. 약 10bp. 3말단 제공

- 선도가닥은 RNA 프라이머가 복제시작 시에만 필요. 지연가닥은 계속 필요

- 지연가닥의 여러 DNA 조각을 연결하기 위해 핵산분해효소, DNA polymerase, Ligase 효소가 필요

- 핵산분해효소 : RNA 프라이머 제거

- DNA 중합효소 : RNA 제거된 자리에 인접한 오카자키 절편을 프라이머로 사용하여 뉴클레오티드를 채운다.

- Ligase : 새로 합성된 5‘인산기와 새 DNA 3'수산기를 결합(수소결합). ATP사용. PPi 방출

 

2) 복제분기점에 여러 단백질이 협동한다

- DNA 이중나선을 풀고, 새 DNA 합성하는 단백질의 협력 필요

- DNA Helicase : ATP 가수분해로 얻은 에너지를 이용해서 DNA 이중나선을 비틀어 열어준다.

- 활주클램프(sliding clamp) : DNA pol이 DNA와의 결합이 풀리지 않도록 고정

- Topoisomerase : 꼬인 DNA 뒤편 절단해서 확 풀리게 한다. (Helicase가 DNA를 열면 더 꼬인다. 잠시 single strand break → 다시 메꿈)

- SSB(Single strand binding protein) : 염기쌍 재결합 방해

 

3) 말단소립중합효소 (텔로머레이즈)는 진핵세포의 염색체 말단을 복제

- 선도가닥은 끝까지 진행되지만, 지연사슬은 마지막 프라이머 제거되면 남은 공백을 채울 수 없다.

- 세균 DNA는 원형이라 문제 없다.

- 진핵은 텔로미어에 긴 반복서열 구조를 가지며, 이 서열은 텔로머레이즈 염색체로 부른다.

- 텔로머레이즈: RNA 결합된 단백질 구조. RNA를 주형으로 텔로미어 DNA를 여러번 첨가하여 지연사슬말단 신장.

주형 DNA 먼저 말단을 신장시키고 이후에 복제가닥을 생성(RNA 프라이머를 2번 사용)

 

9.3 DNA합성의 화학

1) dNTP 와 프라이머

- dNTP는 2-데옥시리보오스 5번 수산기에 3개 인산기가 있다.

- 가장 안쪽 인산기를 α-인산기, 가운데는 β-인산기, 바깥 인산기를 γ-인산기라고 한다

- 프라이머는 3‘OH를 가지고 있어야 한다. 프라이머가 DNA 합성의 기질과 정보를 제공

- 프라이머 3‘OH기가 α-인산기를 공격하는 반응에 의해 인산이에스테르 결합이 형성

 

2) DNA 합성

- PPi (피로인산) : β-, γ-인산이 유리되며 발생

 

3) 피로인산의 가수분해

- 길이가 n인 신장하고 있는 뉴클레오티드 사슬에 뉴클레오티드가 첨가되는 반응의 자유에너지는 매우 작다.

  (ΔG = -3.5 kcal/mol)

- DNA 중합에 필요한 에너지는 피로인산 분해효소에 의해 피로인산이 가수분해되며 공급. 비가역적

- 뉴클레오티드 첨가와 피로인산 가수분해는 연계반응 (Coupling)

   ΔG = -7kcal/mol 로 변화(자발적). 반응 평형상수는 약 10^5으로 높다.(비가역적)

 

 

 

 

참고문헌 :  Watson. (2014). 왓슨 분자생물학(7판). (주)바이오사이언스출판