세균에서 빛을 이용한 DNA 수정 기작은 어떠한 원리로 일어나나요?

Question

안녕하세요. 인간과는 달리 원핵생물에 속하는 세균의 경우에는 청색광을 받았을 경우에 이 빛을 이용하여 티민 이합체와 같은 피리미딘 이합체 등의 돌연변이가 발생했을 때 이를 수선할 수 있는 기작이 있다고 들었습니다. 세균에서 빛을 이용한 DNA 수정 기작은 어떠한 원리로 일어나나요?

Answer 1

안녕하세요. 정준민 전문가입니다.

세균은 광회복이라는 기작을 이용한답니다.

청색광을 흡수한 포토라이에이스가 활성화돼 티민 이합체 결합은 직접 끊어 dna를 원래 상태로 복구할수 있답니다.

Answer 2

세균은 빛을 이용한 광회복 기작으로 DNA를 복구합니다.

이 과정은 DNA 광분해효소라는 효소에 의해 일어나게 되는데, 자외선에 의해 DNA에 티민 이합체와 같은 돌연변이가 발생하면, 이 효소가 이 이합체에 결합합니다. 그 후 청색광이나 자외선A를 흡수하여 그 에너지를 이용해 이합체 내의 공유 결합을 직접 끊어냅니다. 이는 돌연변이를 즉시 원래의 염기 형태로 되돌리는 상당히 효율적인 방법이죠.

Answer 3

세균의 빛을 이용한 DNA 수선 기작은 광회복효소(photolyase)가 청색광의 에너지를 이용하여 자외선에 의해 손상된 피리미딘 이합체를 원래 상태로 되돌리는 광재활성화 과정입니다. 이 효소는 먼저 빛이 없는 상태에서도 DNA를 스캔하여 티민 이합체와 같은 손상 부위를 인식하고 결합한 뒤, 효소 내의 발색단이 청색광을 흡수하면 그 에너지로 인해 활성화됩니다. 활성화된 효소는 손상된 이합체에 전자를 전달하여 이합체를 형성했던 비정상적인 공유 결합을 끊어내고, 이를 통해 두 개의 정상적인 염기로 복구시킨 후 DNA 가닥에서 분리됩니다.

Answer 4

안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 세균은 인간과 달리 빛을 이용하여 DNA를 수선할 수 있습니다.

자외선은 DNA에 흡수되어 인접한 티민(T)이나 사이토신(C) 사이에 피리미딘 이합체를 형성하는데요, 이로 인하여 DNA 이중나선에서 인접한 티민이 서로 공유결합(C=C 결합)으로 연결되었을 때 DNA 구조가 왜곡되고 DNA 복제나 전사가 어려워집니다. 이때 세균은 특수한 효소인 photolyase를 가지고 있는데요, 이 효소는 손상된 DNA(피리미딘 이합체)에 특이적으로 결합하고 청색광을 흡수했을 때 효소 내 보조인자(FADH⁻)가 들뜬 상태가 되면서 티민 이합체의 공유결합에 들뜬 전자를 제공하게 됩니다. 이로 인하여 티민 사이의 이합체 결합이 깨지고, 원래의 단일 티민 염기로 회복되며 즉, 빛 에너지를 직접적으로 활용하여 공유결합을 끊고 DNA를 복원하는 과정을 수행하는 것입니다. 감사합니다.