[왓슨 분자생물학] 9장 DNA 복제-2

9.4 DNA 중합효소(DNA polymerase)

1) DNA 중합효소는 단일 활성 부위를 이용

- DNA pol.은 단일 활성 부위를 가지면서도 4종류의 dNTP 어느것이 첨가 되든지 반응 촉매가 가능

- 촉매적 유연성을 가진다. AT⋅GC 염기쌍이 거의 동일한 기하학적 구조를 가지고 있기 때문

- 들어오는 뉴클레오티드가 AT 혹은 GC 염기쌍 결합을 형성하는지 인지 (염기쌍을 인지)

- 염기쌍이 형성되어야 프라이머 3‘OH와 새 뉴클래오티드 3인산의 α-인산이 촉매최적위치를 가짐.

  잘못된 염기쌍이 만들어지면 뉴클레오티드 첨가속도가 10,000배 저하

- DNA pol. 은 rNTP와 dNTP 구별 가능(rNTP 농도가 dNTP의 10배 이상 더 많음)

  DNA pol. 활성부위가 rNTP를 공간적으로 배재하기 때문에 구별 가능

- DNA pol.에서 뉴클레오티드 결합주머니는 매우 작아 새 뉴클레오티드에 2번 OH가 있으면 수용 불가.

  이 공간에 아미노산 곁사슬이 더 작은 아미노산으로 처리하면 (알라신,글리신) dNTP와 rNTP 구별능은 없어짐.

 

2) DNA 중합효소 구조

- 오른손 모양의 쥔 손 모양. 깊은 고량의 구조. 여기에 DNA 기질이 들어간다.

- 엄지, 손가락, 손바닥 영역으로 나뉜다. 손바닥이 중요(촉매). 작음 홈과의 DNA 친화성 형성하는 병풍구조. 엄지는 진행성.

- 손바닥 부위는 2가금속이온 (Mg2+, Zn2+)과 결합하여 α인산공격, 피로인산 안정화에 도움

- 촉매작용 속도 감소 : DNA 친화성 감소시, 프라이머-주형결합체는 활성부위에서 떨어져 나와 교정을 위한 핵산분해효소 활성부위에 결합하게 된다. (재사용)

- 손가락 영역 : 촉매에 중요.

새로 들어오는 dNTP에 결합. 염기쌍이 이루어지면 DNA를 움켜쥔다(닫힌구조) → 금속이온과 뉴클레오티드를 접하게 해서 촉매, 주형부위와도 결합하여 주형의 인산이에스테르 골격을 회전시킴 → 구부러짐에 의해 염기쌍 결합의 혼란을 줄인다.

- 엄지 영역 : 새로 합성된 DNA와 상호작용. 프라이머, 활성부위를 재위치에 있게 함.

                    DNA pol. 과 dNTP 사이에 강한 결합을 유지하도록 돕는다 (진행성)

 

DNA 중합효소의 오른손 쥔 모양

 

3) 진행성 효소-DNA pol.

- 효소가 프라이머-주형결합체에 1번 결합할 때마다 결합시키는 평균 뉴클레오티드 수는 50,000개 염기 이상.

- 진행성을 가진 DNA pol. 은 비진행성보다 1000배 빠르다

일단 프라이머-주형결합체에 DNA pol.이 결합하면 DNA 이중가닥과 더 강하게 상호작용 → 인산주골격, 엄지와의 정전기적 인력과, 작은 홈, 손바닥영역과의 상호작용이 포함됨

- 이어 1개 염기쌍을 만들만큼 자리를 이동하여 DNA pol. 과 DNA 신속히 재결합.

 

9.5 핵산분해효소와 복제분기점

- 핵산분해효소: 새로 합성된 DNA를 교정

- 염기쌍 결합구조와 염기 사이의 상보성에만 의존하는 시스템으로는 DNA 합성이 100% 정확하지 않음 (잘못된 토토머형 때문)

잘못된 염기쌍을 이루는 토토머형 변이된 염기

- DNA 말단제거는 「핵산말단분해효소(Exonuclease)」, 중간제거는 「핵산내부분해효소(Endonuclease)」

- 잘못 짝지어진 DNA는 손바닥부위와 상호작용 (촉매작용)이 이루어지지 않는다. (뉴클레오티드 첨가속도 감소)

- 교정은 DNA가 중합효소에서 유리되지 않은 채로 가능 (DNA 중합반응과 동일)

- 핵산말단분해효소는 3‘에 강하게 결합. DNA pol.은 약하게 결합. 가장 최근의 오류만 제거

- 정확도를 높이기 위해서는 「잘못짝지음 수선기작(Mismatch repair)」이 필요

 

잘못 짝지어진 DNA는 손바닥부위의 DNA pol에서의 교정 Enoduclease에 의해 교정된다

1) DNA 합성은 복제분기점에서 발생

- 복제분기점: 새로 분리된 주형가닥과 복제 안된 DNA 이중가닥 사이의 접합점.

복제분기점(Replication fork)는 Y자 형태를 하고 있다.

2) RNA 프라이머

- DNA pol. 은 유리된 3’말단을 가진 프라이머가 필요

- RNA pol.은 프라이머 없이도 RNA 합성 가능. 이러한 특성으로 프라이머 제작하여 DNA 복제에 이용

- Primase는 특수 RNA pol. : 단일가닥 DNA 주형에 짧은 RNA primer를 합성

- 지연가닥은 불연속적 합성. 오카자키 절편마다 새 프라이머가 필요.

- Primase는 RNA 합성할 때 직접적으로 DNA를 필요로 하지 않음 (RNA pol.은 필요)

복제분기점에 작용하는 DNA 나선효소와 결합g 라 때 활성이 대폭 증가.

- DNA 나선효소(Helicase) : 복제분기점에서 DNA를 풀어 Primase에 주형으로 작용할 ssDNA를 만든다.(대장균-GTA)

-ssDNA 주형과 Helicase 결합이 필수라 Primase는 복제분기점에만 활성을 한다.

 

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