DNA복제의 개요 및 종류

DNA복제란?

DNA 복제(DNA replication )는 세포 분열의 핵분열 전에 DNA가 복제 되어 그 수가 2배가 되는 과정입니다. 생물학 에서는 종종 복제로 약칭됩니다. 복제되는 단일 가닥 DNA를 부모사슬(parent strand), DNA 복제에 의해 새롭게 합성된 단일 가닥 DNA를 딸 사슬(daughter strand)이라고 합니다. 또한, DNA 복제에 의해 생긴 염색체의 개개를 자매 염색 분체(sister chromatid)라고 합니다.

복제 메커니즘의 개요

DNA 복제는 복제 개시 initiation, 신장 elongation, 종결 termination의 3 단계로 진행됩니다. 또한 이중 나선을 취하는 이중 가닥 DNA를 dsDNA (double-stranded DNA), 그렇지 않은 단일 가닥 DNA를 ssDNA (single-stranded DNA)라고 표기합니다.

복제는 DNA 상의 특별한 염기 서열인 복제 기원 (replication origin, 기점: origin)으로부터 시작됩니다. 복제 기점 주변에서 부분적으로 이중 나선이 풀리고 친쇄의 도중에 2개의 ssDNA가 나타납니다. 즉시 다양한 효소 의 복합체 가 ssDNA에 결합하고 프라이머 라고하는 짧은 RNA가 ssDNA에 합성됩니다. 지금까지는 복제 시작 단계입니다. 다음 확장 단계에서 DNA 합성 효소의 DNA 폴리머 라제 (DNA polymerase)를 포함하는 복합체(복제 장치, 복제 기계)가 부모 ssDNA에 결합합니다. 우선 DNA 중합 효소는 프라이머의 3 '말단에 결합 된 부모 ssDNA상의 염기 옆의 염기를 확인하고, 그에 상보적인 데 옥시 뉴클레오타이드를 프라이머의 말단에 첨가합니다. 그 후 DNA 중합 효소는 부모 ssDNA상에서 5 '에서 3'방향으로 이동하면서 부모 ssDNA와 상보적인 염기를 딸 사슬 말단에 부가시킵니다. 동시에 딸 사슬은 모체와 이중 나선을 형성합니다. 이와 병행하여 이중 나선 그대로의 미복제 부분은 순차적으로 풀려 갑니다. 이것이 반복되어 결국 완전히 복제 된 딸 사슬이 완성됩니다.

 

 

반보존 복제 

반 보존 복제 (semiconservative replication)는 일반적으로 DNA 복제에 의해 합성 된 2 개의 이중 나선 DNA가 1 개의 딸과 1 개의 모체로 구성된다는 것을 의미합니다. DNA 복제의 기구가 반보존적 복제인 것은 1958년에 매튜 메셀슨 과 프랭클린 스타르에 의해 증명되었습니다.

 

반 불연속 복제 

semidiscontinuous replication 은 두 개의 모체 사슬 중 하나를 연속적으로, 다른 하나를 반 불연속적으로 합성하는 DNA 복제의 일반적인 방식입니다. 연속적이고 불연속적으로 합성 된 딸 사슬을 각각 선도 및 지체 사슬 이라고 합니다. DNA 복제가 반불연속적인 것은 오카자키 영지 에 의해 증명되었습니다.

DNA 복제가 반 불연속적 인 것은 DNA 폴리머라제가 RNA와 DNA 모두에서 3 '말단에만 데 옥시 뉴클레오타이드를 첨가 할 수 있기 때문입니다. 이것은 복제 방향을 모체 사슬의 5 '에서 3'방향으로 제한합니다. 풀린 2개의 ssDNA는 복제 전의dsDNA가 ssDNA로 풀리는 분기점(복제 포크 : replication fork, 신장 포크: growing fork)의 확대 방향이 복제 방향과 평행한 것과 그렇지 않은 것으로 나뉩니다. 전자의 ssDNA 및 후자의 ssDNA로 합성된 딸 사슬은 각각 선도 및 지체 사슬입니다. 선도 사슬 합성에서는 단 하나의 프라이머가 합성되어 복제 포크의 확대로 노출된 미복제의 염기를 하나의 DNA 폴리머라제가 계속 복제합니다. 대조적으로 지체 사슬 합성에서는 노출 된 미복제 염기와 반대 방향으로 DNA 폴리머 라제가 진행되어 가기 때문에 복제 포크가 형성될 때마다 프라이머가 합성되어야 합니다. 여러 프라이머로부터 짧은 DNA 단편(오카자키 단편)의 합성이 반복되고, 오카자키 단편의 연결·통합에 의해 지체 사슬은 완성됩니다.