생명과학 ② 7-5. DNA 복제에 관여하는 효소

▎생명과학 ② 7-5. DNA 복제에 관여하는 효소

1)의 자기 복제 :의 자기 복제 방식은 1958년 질소의 방사성 동위 원소와 대장균을 이용한 메셀슨과 스탈의 실험에 의해 증명되었다.

① 반보존적 복제 실험

  ⓐ 메셀슨과 스탈은(무거운 질소)으로 표지된을 포함하는 배지에 대장균을 배양하여 대장균의를 모두으로 표지하였다. 그 후 이들을 가벼운 질소 ()가 포함된 배지로 옮겨 1세대와 2세대를 얻었다.

  ⓑ 이렇게 배양한 대장균의 를 추출한 후 초원심 분리를 통해 의 밀도를 조사 하였더니 다음 그림과 같은 결과가 나타났다.

  

  ⓒ 1세대에서 얻은 가 원심관의 가운데에 모인 것은 1회 분열하였을 때 가 중간 정도의 밀도를 갖는다는 것을 의미하며, 이것은 가 으로 표지된 가닥으로 이루어져 있음을 나타낸다.

  ⓓ 2세대에서 가 원심관의 위와 가운데에 모인 것은 가 ,로 표지된 2가지 종류임을 나타낸다.

  ⓔ 이러한 실험 결과는 복제된의 한 가닥은 원래 가닥이며, 다른 한 가닥은 이것을 주형으로 새로 합성되었음을 의미한다.

②의 복제 과정 :의 복제는 이중 나선이 각각 주형으로 작용하여 새로운 사슬이 마들어지는 반보존적인 복제 방법을 통해 이루어진다.

  ⓐ 이중 나선을 연결하고 있던 수소 결합이 끊어지면서 2개의 사슬로 풀어진다.

  ⓑ 풀어진 의 특정 복제 개시점에 중합 효소가 결합하여 양 방향으로 복제를 시작한다.

  ⓒ 주형의 에 상보적인 염기 서열을 갖는 새로운 사슬이 합성된다.

  ⓓ 합성된 사슬에는 인산과 당의 연결에 의해  5′ 말단과 3′ 말단이 생기며, 방향성이 나타난다.  원래 사슬과 합성된 사슬은 서로 반대 방향을 하고 있으므로 이를 역평행(anti-paralell) 구조라고 한다.

③ 복제에 관여하는 효소

  ⓐ 중합효소( polymerase): 중합효소는 3′ 말단(당의 탄소 번호)에만 새로운 뉴클레오티드를 첨가할 수 있으므로 복제는 5′→ 3′의 단일 방향으로만 이루어진다. 따라서 새로 합성되는사슬의 방향은 주형이 되었던 사슬과 서로 반대 방향이 된다.

  ⓑ 연결 효소( ligase) : 복제된 사슬을 연결해 주는 효소이다. 복제되는 사슬은 항상 5′ → 3′ 방향으로만 신장되므로 한쪽 사슬은 중합효소에 의해 하나의 연속적인 로 합성되지만,나머지 사슬은 짧은단편이 불연속적으로 합성되어 연결 효소에 의해 연결된다.

[의 역평형 구조 ]

다음 그림은이중 나선 구조와 각 사슬의 방향을 나타낸 것이다.

 ① 뉴클레오티드는 당과 인산, 염기의 결합으로 이루어 져있다.

 ② 뉴클레오티드를 이루는 당은 5개의 탄소로 이루어져 있으며, 1번 탄소에는 염기가, 5번 탄소에 인산이 결합되어 있다.

 ③중합 효소는 당의 3번 탄소에 다음 뉴클레오티드의 인산을 결합하므로 합성된의 한 끝은을 가지고 다른 끝은을 가지게 되어의 방향성이 나타나게 된다.

 ④ 이 가닥과 상보적인 주형이 되는 사슬은 반대로 의 방향성을 나타낸다.

결론 : 는방향으로만 합성되므로, 이중 나선은 서로 반대 방향인 역평행 구조를 나타낸다.

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