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DNA replication #
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Biology

DNA replication #

세포는 분열 전에 유전자를 복제해야하며, 이를 DNA replication 이라고 한다. DNA 분자는 A,T,C,G 4개의 염기로 구성되며, 상보적 결합을 통해 이중나선으로 이루어져 있고, DNA 복제를 위해서는 이중나선이 단일가닥으로 분리되어야 한다. 분리된 가닥에 상보적 염기서열이 붙어 새로운 염기서열을 만들어 나가며, 이렇게 DNA 이중나선이 된다. 원래의 주형 가닥과 새롭게 만들어진 DNA 가닥으로 이루어진 DNA 복제를 반보존적 복제(semiconservative replication)라고 한다.

DNA 이중나선 분리 방법 #

DNA 복제를 위해서 이중나선은 어떻게 분리가 될까? DNA 이중나선은 수소결합에 의해 붙어 있으며, 슈퍼코일을 형성한다. 이 이중나선을 분리하기 위해서는 먼저 슈퍼코일을 풀어야 한다. 슈퍼코일은 DNA gyrase라는 효소에 의해 DNA 양 가닥을 끊어내면서 풀리고, 풀린 그 끝이 다시 결합되도록 한다. 슈퍼코일이 풀리면 DNA helicase라는 효소에 의해 염기쌍을 형성하는 수소결합만을 풀며 이중나선을 분리한다. 분리된 이중나선은 서로 상보적 결합을 통해 붙으려고 하지만 단일가닥 결합단백질(single strand binding protein)의 도움으로 두 가닥이 분리된 상태로 유지할 수 있게 된다.

DNA 복제 과정 #

DNA 합성은 프라이머(primer)와 프리마아제(primase)에 의해 시작될 수 있다. 분리된 원래의 단일 가닥은 주형 가닥(temple strand)이 되며, DNA polymerase Ⅲ 효소에 의해 DNA를 합성한다.
DNA 합성은 5'에서 3' 방향으로 반드시 만들어지며, 이로 인해 한 가닥은 연속적으로 만들어지는 선도가닥(leading strand)이 되고, 다른 한 가닥은 짧은 단편으로 만들어지는 지체가닥(lagging strand)이 된다.
지체가닥은 작은 조각들로 만들어지며 이를 오카자키 단편(Okazaki fragment)라고 한다. 하나의 긴 서열을 만들기 위해서는 이 오카자키 단편이 서로 연결되어야 한다. DNA polymerase Ⅰ은 단편의 틈을 메우고, DNA ligase는 단편의 끝과 끝을 서로 연결한다.
DNA 합성을 위해서는 DNA polymerase Ⅲ가 필요하지만, 이 효소는 서열을 만들어가는 일만 수행하고, 실제로 DNA 합성이 시작될 수 있도록 하는 것은 프라이머(primer)와 프리마아제(primase)이다.

DNA 복제의 가정 #

  • 보존적 복제(conservative replication) : DNA 이중 나선을 주형으로 해서 새로운 DNA 이중 나선이 만들어진다.

  • 반보존적 복제(semiconservative replication) : 우선, DNA 이중 나선의 두 가닥이 풀리고 각각의 가닥을 주형으로 상보적인 사슬이 만들어져 2개의 DNA 이중 나선이 형성한다. 새로 만들어진 DNA 이중 나선 중 한 가닥은 원래의 것이고, 나머지 한 가닥은 새로 합성된 가닥이다.

  • 분산적 복제(dispersive replication) : DNA가 작은 조각으로 잘려서 각각 복제된 후에 다시 연결된다. 만들어진 DNA의 각 가닥은 원래의 DNA 조각과 복제된 DNA 조각이 연결되어 있다.

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