세균에서 빛을 이용한 DNA 수정 기작은 어떠한 원리로 일어나나요?
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?
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
세균은 광회복이라는 기작을 이용한답니다.
청색광을 흡수한 포토라이에이스가 활성화돼 티민 이합체 결합은 직접 끊어 dna를 원래 상태로 복구할수 있답니다.
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.
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.
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.