세포가 분열할 때 DNA 복제가 정확히 어떻게 이루어지나요??
세포가 분열할 때 DNA가 복제되는데 정확히 어떤 과정으로 이루어지는지 궁금합니다.
DNA 중합 효소나 복제 기구가 어떤 역할을 하는지도 알고 싶습니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
세포분열을하기전 S기에서 DNA의 복제는 반보존적방식으로 이루어지고, 기존 이중나선이 풀리면서 두가닥이 각각 새로운 상보가작의 주형으로 역할을합니다. 여기서 DNA중합효소가 새로운 뉴클레오타이드를 주형가닥과 상보적으로 결합시켜서 합성하고, 헬리케이스가 이중나선을풀고, 프라이메이스나 리게이스등이 복제포크 안정화와 연결을 도와주는 핵섬 역할을합니다.
감사합니다.
안녕하세요. 김채원 전문가입니다.
DNA는 복제반보존적방식으로 진행되는데,
헬리케이스가 이중나선을풀고, 프라이머라아제가 RNA프라이머를 붙이게되면
DNA중합효소가 상보적인 염기를 연결해서 새 가닥을 합성합니다.
이 과정에서 선도가닥이 연속적으로, 지연가닥은 오카자키 절편으로 합성되면서
DNA중합효소나 리가아제, 토포아이소머라제, SSB단백질 등등이 협력해서
정확하고 안정성있게 처리합니다.
안녕하세요. 손국현 전문가입니다.
DNA 는 A와 T , G와C 가 결합하는 한쌍의 상보적 염기배열을 가지고있는데요. 결합방향은 서로 반대방향입니다. DNA 는 Origin 이라고 하는 염기서열부위 에서 시작되어지는 데요 우선은 이중 및 삼중 수소결합을 끊어냅니다. 이것은 DNA helicase 라는 효소이며 분리된 두가닥이 복제되 수 있는 분기점을 만듭니다.
분리된 DNA가닥은 다시 들러붙을 수 있는데 이를 각 단일가닥에 부착되는 단백질에 의해 잠시 지연되는데요. 이 사이에 각 가닥에서 복제가 이루어집니다. 복제는 신장이라고 하는데 단일 염기배열이 들러붙어 줄줄이 이어지기 때문에 신장이라고 합니다.
처음에 말씀드렸다시피 두가닥은 각각 방향이 반대입니다.
한가닥, 주형가닥은 선도가닥 leading strand 라고 불리며,
특정 서열부위에 primer가 시작점을 알려주면 DNA중합효소ⅲ 가 주가닥의 방향과 똑같이 따라가며 상보적염기가닥을 만들어갑니다.
그렇다면 다른 반대의 가닥은 방향이 반대로 Lagging strand라고 하는데 방향이 반대기 때문에 DNA helicase가 분리시키는 방향과 역순으로 합성을 하게 됩니다. 이때 관여하는 DNA 중합효소 ⅰ 는 분리가 되어진 단일가닥이 어느정도 길어지믄 위와같이 primer 와 함께 개시점을 설정하며 연속합성이 아닌 토막토막 합성을 해나갑니다. 다수의 rna프라이머를 대체해나가면서 합성하는 것이 이 DNA 중합효소 ⅰ 이 중요한 특성입니다.
또한 이 지연가닥에서는 연속적인 합성이 아닌 토막토막, 절편들의 합성이기 때문에 backbone 즉 허리가 이어져있지 않는 공간이 있는데요 이는 DNA ligase 라고 하는 효소가 이 틈들을 매워줍니다.
복제가 진행되는 동안 , 우리가 primer 라는 시작염기서열부분이 있던 것처럼 종결서열에 도달하면 복제가 종료되어집니다. 처음의 1개의 dna는 이제 2개의 dna가 된 것입니다.
세포 분열 시 DNA 복제는 정교하면서도 빠르게 진행되며, '반보존적 복제' 방식으로 진행됩니다.
즉, 원래의 이중 나선 DNA 가닥이 풀리면 각 가닥이 새로운 DNA 가닥의 주형 역할을 하여, 최종적으로는 원래 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나로 이루어진 두 개의 이중 나선 DNA가 만들어지는 것이죠. 이 과정에는 여러 효소와 단백질로 이루어진 DNA 복제 기구인 리플리솜이 관여합니다.
DNA 복제는 크게 개시, 신장, 종결의 세 단계로 나뉩니다.
앞서 말씀드렸지만, 세포 분열 시 DNA 복제는 반보존적 방식으로 진행됩니다. 먼저 헬리카아제가 이중 나선 DNA의 수소 결합을 끊어 두 가닥으로 분리합니다. 이때 Y자 모양의 복제 분기점이 형성되는데, 단일 가닥 결합 단백질이 분리된 가닥에 붙어 다시 결합하는 것을 막아줍니다.
DNA 중합 효소는 새로운 가닥을 5'에서 3' 방향으로만 합성할 수 있습니다. 그래서 선도 가닥은 DNA 중합 효소가 RNA 프라이머로부터 복제 분기점을 따라 연속적으로 합성하게 됩니다.
반면, 지연 가닥은 불연속적으로 짧은 오카자키 절편을 만듭니다. 이 절편들은 DNA 중합 효소와 DNA 연결 효소에 의해 하나의 연속적인 가닥으로 이어집니다.
이렇게 최종적으로 원래 DNA 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나로 이루어진 두 개의 이중 나선 DNA가 만들어지는 것입니다.
세포 분열 시 DNA 복제는 반보존적 복제 방식으로 진행되며, 두 가닥으로 이루어진 이중 나선이 헬리케이스에 의해 풀리면 각 가닥이 주형 역할을 하여 상보적인 새로운 가닥이 합성됩니다. 이때 DNA 중합 효소는 주형 가닥에 상보적인 뉴클레오타이드를 연결해 새로운 사슬을 합성하는 핵심 효소로, 오직 5프라임에서 3프라임 방향으로만 합성할 수 있습니다. 따라서 연속적으로 합성되는 선도 가닥과 짧은 오카자키 절편들이 연결되어 형성되는 지연 가닥이 생기며, 오카자키 절편들은 DNA 연결 효소에 의해 이어집니다. 또한 단일 가닥 안정화 단백질은 풀린 가닥이 다시 붙지 않도록 안정화하고, 프라이머를 합성하는 프리메이스가 시작점을 제공합니다. 전체적으로 이 과정은 고도로 정교한 복제 기구에 의해 조율되어 유전 정보가 정확히 다음 세포로 전달되도록 보장됩니다.
세포 분열 전 DNA가 정확히 복제되는 과정은 매우 정밀하게 조절되며, 여러 효소와 단백질 복제 기구가 작용하게 됩니다. DNA는 이중 나선 구조를 가지고 있으며, 두 가닥이 서로 상보적인 염기쌍(A-T, G-C)으로 연결되어 있는데요, 이때 DNA의 복제는 반보존적 방식으로 이루어집니다. 즉, 기존 DNA 가닥 한 가닥은 주형으로 사용되고, 새로 합성되는 가닥은 상보적 염기 서열을 가지게 됩니다.
우선 먼저 특정 DNA 서열, 즉 복제원점에서 DNA 복제가 시작되는데요, 헬리케이스는 이중 나선을 풀어 복제분기점을 형성하며 SSB 단백질이 단일가닥에 결합하여 풀린 단일 가닥을 안정화, 꼬임을 방지하게 됩니다. 이후 DNA 중합효소는 기존 가닥에 상보적 염기를 추가하지만, 새로운 DNA를 처음부터 합성할 수 없는데요 따라서 프라이머라는 짧은 RNA 염기서열이 복제에는 필요합니다. 이후 DNA 중합효소가 5'말단에서 3'말단 방향으로 중합을 시작하며, 잘못 붙인 염기의 경우에는 3'에서 5'방향으로의 엑소뉴클레이즈의 작용으로 제거합니다. 감사합니다.
안녕하세요. 질문자님. 이중철 과학기술전문가입니다.🙂
질문하신 내용 잘 읽어보았습니다.
세포 분열의 핵심인 DNA 복제 과정과 관련 효소들의 역할에 대해 궁금해하시는군요.
생명체의 근본적인 원리를 최대한 명쾌하게 답변해 드릴게요! ✨
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1.질문의 요지
세포 분열 시 DNA가 복제되는 과정과 DNA 중합 효소(DNA polymerase)를 포함한 복제 기구의 역할에 대해 궁금해하시는군요.
2.답변
가장 중요한 점: DNA 복제는 '반보존적(Semi-conservative)' 방식으로 이루어지며, 기존 DNA의 두 가닥을 각각 주형으로 사용하여 DNA 중합 효소의 도움으로 새로운 DNA를 합성하는 과정입니다.
3.구체적인 설명 및 근거
이유: DNA는 이중 나선 구조를 가지고 있습니다.
세포가 분열하여 두 개의 딸세포가 되려면, DNA를 똑같이 복제하여 각각 나누어 가져야 합니다.
이때, 한쪽 DNA 가닥은 원본을 그대로 쓰고, 다른 한쪽은 새로운 가닥을 합성합니다.
이 때문에 '반(Semi)'만 보존된다고 해서 반보존적 복제라고 부릅니다.
4.(참고)실제 사례/대응방안 등:
DNA 복제 과정의 핵심 효소들:
① 헬리카아제(Helicase): DNA 복제의 첫 단계는 이중 나선을 푸는 것입니다. 헬리카아제라는 효소가 마치 지퍼를 여는 것처럼 DNA의 두 가닥을 분리합니다.
② 프라이머아제(Primase): DNA 복제는 무작정 시작할 수 없습니다. 프라이머아제라는 효소가 DNA 복제가 시작될 지점(프라이머)을 알려주는 역할을 합니다.
③ DNA 중합 효소(DNA Polymerase): DNA 복제의 주인공입니다. 분리된 DNA 원본 가닥을 따라 움직이면서 '아데닌(A)에는 티민(T)', '구아닌(G)에는 사이토신(C)'이라는 규칙에 맞춰 새로운 염기들을 하나씩 결합시킵니다.
④ 리가아제(Ligase): DNA 중합 효소는 한쪽 가닥은 연속적으로 합성하지만, 다른 한쪽 가닥은 짧은 조각들로 합성하게 됩니다. 이때 리가아제가 이 조각들을 서로 연결하여 완전한 하나의 가닥으로 만드는 역할을 합니다.
5.결론
DNA 복제는 헬리카아제가 DNA를 풀고, DNA 중합 효소가 새로운 가닥을 합성하며, 다른 보조 효소들이 이를 돕는 정교하고 협력적인 과정입니다. 이 덕분에 유전 정보가 정확하게 복제되어 다음 세대로 전달됩니다.
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궁금증이 조금이라도 해소되셨기를 바랍니다.
언제든지 더 궁금한 것이 생기면 똑똑 문을 두드려 주세요~.👋
이상, 이중철 과학기술전문가였습니다.🙂
감사합니다.