DNA가 스스로를 어떻게 복제하는지
조금더 자세히 알아보겠습니다
구체적으로 어떠한 방식으로 복제를 하고
어떠한 것들이 복제를 하는 과정에
관여하는지 알아볼 것입니다
설명을 하면서 DNA의 3'과 5' 말단에 대해서 말을 많이 할 것인데
만일 이 단어들이 생소하게 느껴지면
DNA의 역평행 구조에 대한
동영상을 시청하는 것을 추천합니다
이전 내용에 대해서 복습을 간단하게 진행하면
이것은 DNA 구조를 확대한 것입니다
5'과 3' 말단에 대해 이야기를 하는 것은
인산-당 골격에 포함되는
리보오스와 관련이 있습니다
여기에 5개의 탄소를 가진 당
즉 리보오스가 있습니다
탄소들에 순서를 매기겠습니다
이것은 1번 탄소, 2번 탄소
3번 탄소, 4번 탄소
그리고 마지막으로 5번 탄소입니다
왼쪽의 부분을 살펴보면
3' 쪽에서 5' 쪽으로 방향으로 되어있습니다
아래쪽 말단은 3'이고 위쪽 말단은 5'이 되어
3'에서 5'의 방향이 되는 것입니다
3' 말단의 탄소에 인산기가 결합되어 있으며
위쪽의 5' 말단에 다시 인산기가 연결되어 있고
이는 다시 3' 쪽과 연결됩니다
이러한 구조가 반복하여
5' 쪽에 다시 인산기가 결합하게 됩니다
오른쪽에 대해 설명을 하면
역평행 구조를 갖기 때문에
위쪽 말단이 3'이며 아래쪽 말단은 5'입니다
이러한 말단의 위치 및 구조가
역평행 구조를 만들게 됩니다
왼쪽과 오른쪽의 골격은
서로 평행하지만 뒤집혀져 배열되어 있기 때문에
역평행 구조라고 하게 됩니다
이쪽이 3' 말단이 되고 이쪽이 5' 말단이 됩니다
3' 말단과 5' 말단을 아는 것은
DNA의 복제를 이해하는 과정에 매우 중요합니다
왜냐하면 DNA 중합 효소가
DNA 가닥을 신장시키기 위해
뉴클레오타이드를 말단에 추가하게 되는데
이때 3' 말단에만 추가할 수 있기 때문입니다
왼쪽 말단을 예를 들어 살펴보면
아래쪽 방향으로 내려가도록 신장하는
방법 밖에 없습니다
5' 말단이 있는 위쪽 방향으로 DNA 가닥을
신장할 수 없습니다
염기를 결합시켜 신장하는 과정은
3' 말단에서만 가능합니다
DNA의 신장은 5' 에서 3'의 방향으로만 가능합니다
3' 쪽에서 계속 붙여나가면
5' 에서 3'의 방향으로 진행하고 있는 것을 뜻합니다
3' 에서 5'의 방향으로는 진행할 수 없습니다
DNA 중합효소를 이용해서 5' 말단을 신장하는 것은 불가능합니다
DNA 중합효소에 대해서 설명을 하겠습니다
다양한 인자들에 대해 전체적으로 소개하고 있는
위의 다이어그램을 확인해보겠습니다
이쪽에 복제되지 않은
자연 상태의 DNA 가닥을 볼 수 있습니다
이쪽에 3'과 5' 말단이 써져있으며
3' 말단의 가닥을 따라가겠습니다
3' 말단의 가닥을 따라가면
끝쪽에 상보적인 5' 말단이 있는 것을 확인할 수 있습니다
이쪽과 이쪽 끝은 같은 가닥입니다
아래쪽 가닥을 따라가면
이쪽 끝의 가닥과 같은 것은 것을 알 수 있습니다
이쪽 말단이 3' 이며
이와 연결되는 가닥의 반대쪽 말단은 5'입니다
전의 동영상에서
DNA 복제에 대해서 전체적으로
간단하게 설명을 하였습니다
전체적인 아이디어는 이중 나선 가닥이
2 개의 가닥으로 서로 끊기며
각 가닥에서 새로운 가닥을 생성하여
DNA 복제가 이루어짐을 알아보았습니다
DNA 가닥의 모습을 지퍼처럼 생각하면
지퍼를 열고 각 부분에 새로운 지퍼를 연결하는 것입니다
실제로는 더욱 복잡한 과정들이 포함되어있습니다
'지퍼를 열고 새로운 지퍼를 단다' 라는
표현보다 훨씬 복잡합니다
복제 과정에 많은 효소들과 다른 것들이 있으며
심지어 이 다이어그램에도 모든 요소들을
담지 못했습니다
우선적으로 중요한 인자들로
사람들이 DNA 복제에 대해서 이야기를 하면
반드시 들을 것들을 포함하였습니다
가장 먼저 일어나는 것을 설명하면
오른쪽의 DNA가 매우 꼬여있는 것을 볼 수 있습니다
매우 꼬여있다는 것을 적겠습니다
왼쪽에서 DNA 결합을 많이 분해할수록
오른쪽에서 가닥들이 서로
더욱 많이 꼬인다는 것을 알 수 있습니다
지퍼를 열기 위해서
가닥들이 꼬인 것은 풀어줄 수 있는
효소가 필요합니다
이 효소를 DNA 회전효소라고 합니다
이 효소는 골격 중 일부분을
일시적으로 분해한 후 꼬인 것을 푼 뒤
다시 결합을 시키면서 꼬인 것을 푸는데
전체적인 개념은 꼬인 것을 풀어주는 것입니다
헬리케이스에 대해서 설명하겠습니다
가닥들을 분리하는 헬리케이스는
실제로 그림과 같이 삼각형으로 생기지 않았습니다
헬리케이스의 구조를 실제로 본다면
지금 보는 모형보다
많이 근사할 것입니다
헬리케이스는
염기와 염기 사이의 수소 결합을
끊으면서 가닥을 서로 분리시킵니다
이와 같은 경우에는 아데닌과 티민이 결합하고 있습니다
헬리케이스는 이 둘 사이의 결합을 끊게됩니다
처음에는 꼬인 것을 풀어준 다음에
헬리케이스가 작용하게 됩니다
DNA 회전효소가 꼬인 것을 풀어주며
다음에 헬리케이스가 작용하여 사이의
결합을 끊게 됩니다
앞에서 말하였듯이 뉴클레오타이드는
5'에서 3'의 방향으로만 붙일 수 있기 때문에
두 개의 가닥은 다른 방식으로
신장을 하게 됩니다
아래쪽에 있는 가닥은
일직선으로 되어 있으며
이를 선도가닥이라고 합니다
이쪽이 5' 말단이라는 것을 알아야합니다
이쪽 방향으로 진행하며
뉴클레오타이드를 신장할 수 있으며
최종적으로 이쪽 부분에서 추가됩니다
이 방향이 5'에서 3' 으로의 방향입니다
이 다음부터 DNA의 복제가 시작됩니다
RNA 프라이머가 필요합니다
RNA 프라이머를 가닥과 결합시켜주는 것은
DNA 프리메이스입니다
이에 대해서는 이쪽에 있는
지연가닥에서 더욱 자세히 설명하겠습니다
이쪽에 RNA를 추가하게 됩니다
잘 알아볼 수 있도록 색을 칠하겠습니다
RNA 프라이머가 이쪽에 결합할 것이며
프라이머가 위치하고 있기 때문에
DNA 중합효소가 뉴클레오타이드를
3'에 추가하며 신장하게 됩니다
선도가닥의 신장이 보다 쉬운 이유는
이쪽에 위치한 DNA 중합효소가
앞에서 말하였듯이
다이어그램에 나와있는 것처럼 완벽한 직사각형의 모양을 가지고 있지 않습니다
사진과는 다르게 훨씬 복잡한 구조를 갖고 있습니다
이쪽에 중합효소가 있게 되며
이를 밑에 적어보겠습니다
열린 지퍼를 생각해보면
중합효소는 3' 말단에서
계속적으로 뉴클레오타이드를 결합시키며
가닥을 신장시킵니다
이쪽의 부분이 일직선처럼 보입니다
뉴클레오타이드를 5' 말단에도 추가할 수 있으면
더욱 쉬울 것입니다
왜냐하면 다른 종류의 중합효소가
3'에서 5' 방향으로 신장을 만들면
그림과 같이 계속적으로 뉴클레오타이드를
추가할 수 있을 것이고
이전보다 훨씬 쉽게 복제를 할 수 있을 것입니다
하지만 실제로는 이렇지 않습니다
5' 말단에 뉴클레오타이드를 추가할 수 없습니다
3' 말단이 이쪽에 있는 가닥에 대해서
설명을 할 것입니다
이쪽에 있는 가닥의 일부분을 보기 쉽게
색으로 나타내겠습니다
표시한 일부분의 왼쪽은 3'이며
오른쪽은 5'입니다
그렇기 때문에
뉴클레오타이드를 계속적으로 추가할 수 없습니다
그렇다면 생물은 어떻게 이 문제점을 해결할까요?
DNA의 가닥이 끊기면서 바로 프라이머를
결합시키는 방법을 통해 해결합니다
이 다이어그램은 프라이머를 하나의 뉴클레오타이드로 표현하였지만
실제로는 여러 개의 뉴클레오타이드로 이루어져있으며
대략 10개의 뉴클레오타이드로 이루어져있습니다
이쪽 부분에 대략 10개의 뉴클레오타이드를 추가할 것이며
이는 DNA 프리메이스가 진행할 것입니다
DNA 프리메이스가
위쪽 가닥(지연 가닥)을 이동하면서
RNA 프라이머를 가닥에 추가해줍니다
실제로 하나의 뉴클레오타이드가 아니라
여러 개의 뉴클레오타이드를 결합시킵니다
RNA 프라이머가 결합하였으니
중합효소가 5'에서 3'의 방향으로 신장할 수 있으며
뉴클레오타이드를 3' 쪽에서 추가합니다
그리는 것과 같이 뉴클레오타이드를
계속적으로 결합하며 신장하게 됩니다
프리메이스가 프라이머를 DNA 가닥에 결합시키고
중합효소가 5'에서 3'의 방향으로 뉴클레오타이드를
추가하며 신장하는 과정을 생각할 수 있습니다
이와 같은 방식으로 신장을 하게 되며
가닥의 뒤쪽에 다시 이와 같은 과정을 반복하게 됩니다
결국에는 짧은 DNA 절편들로 이루어져있으며
이 짧은 단편들을 오카자키 절편이라고 합니다
오카자키 절편입니다
지연가닥에서 일어나는 것은 생각해보면
지연가닥에서 일어나는 것은 생각해보면 `
왜 지연가닥이라고 부르는지 생각해볼 수 있습니다
지연가닥에서 일어나는 과정은
DNA 복제 방법 중에서 차선책이라고 할 수 있습니다
DNA 복제가 진행됨에 따라
지속적으로 오카자키 절편을 만들어야합니다
과정 자체가 지연되기 때문에 느리게 진행되지만
이 절편들이 DNA 연결효소를 통해서
하나로 연결됩니다
DNA 연결효소는 절편들을 연결할 뿐만 아니라
절편에서의 RNA 부분들을
DNA로 바뀌며 복제를 마무리하게 됩니다
복제가 완료된 DNA 가닥을
이쪽에서 찾을 수 있을 것입니다
모든 과정이 마무리 되면 위쪽의 지연가닥과
아래쪽의 선도가닥에서
총 2개의 이중 가닥을 찾을 수 있을 것입니다