분자생물학 9장 (1) - DNA 복제

9장 DNA 복제

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 DNA 복제 3요소 

DNA 합성에는 디옥시뉴클레오티드 3인산과 프라이머, 주형가닥이 필요하다.

 

a.

가장 안쪽 인산기가 알파-인산, 바깥쪽 인산기가 감마-인산이다.

b.

주형가닥의 원본, 주형과 짝을 이룬 프라이머(시발체), 디옥시뉴클레오티드

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 DNA는 프라이머 3' 말단의 신장에 의해 합성된다. 

 

OH는 음전기적인 특정이 있어서 양전기적인 특성을 지닌 인산기를 붙일 수 있다.

2인산이 날아가면서 고에너지인산결합이 쓰이고 이것이 화학반응의 원동력이다.

 

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 DNA 중합효소는 DNA 합성을 촉매하기 위해 단일 활성 부위를 이용한다. 

DNA 중합효소는 단일 활성부위를 가지고 4종류의 디옥시뉴클레오티드 삼인산의 어느 것이 첨가되든지 그 반응을 촉매한다.

DNA 중합효소가 이렇게 촉매적 유연성을 가지는 것은 A:T, G:C 염기쌍이 거의 동일한 기하학적 구조를 가지고 있기 때문이다.

 

제대로 염기쌍이 형성되었을 때만 프라이머의 3'-OH와 들어오는 뉴클레오티드의 알파-인산이 촉매반응을 위한 최적의 위치를 갖는다.

 

DNA 중합효소는 리보뉴클레오티드와 디옥시뉴클레오티드 삼인산을 구별하는 놀라운 능력을 가지고 있다.

이러한 구별은 DNA 중합효소 활성 부위가 rNTP를 공간적으로 배제함으로써 이루어진다.

 

주형가닥(template)과 프라이머 끝이 나와있다.

 

핵 안에서는 전사가 일어나기 때문에 라이보 NTP 도 존재한다.

 

 

DNA 중합효소는 리보뉴클레오티드와 디옥시뉴클레오티드 삼인산을 구별하는 놀라운 능력을 가지고 있다.

이러한 구별은 DNA 중합효소 활성 부위가 rNTP를 공간적으로 배제함으로써 이루어진다.

DNA 중합효소에서 뉴클레오티드 결합주머니는 매우 작아 들어오는 뉴클레오티드에 2'-OH가 있으면 이를 수용하지 못한다.

 

rNTP는 2번탄소에 H가 아닌 OH를 가지고 있어서 더 많은 공간을 차지하므로 들어가지 못한다.

그래서 그 전의 뉴클레오티드의 OH기가 nucleophilic attack을 하지 못하고 어긋나있다. 

 

인산기에 대해서 결합해야 하는데 O와 결합하므로 rNTP와 결합하지 못한다.

dNTP와 rNTP를 구분하는 방법

 

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 DNA 중합효소는 프라이머:주형 결합체를 쥔 손모양을 하고 있다. 

 

 

3’ TTC 5’

5’ AAG 3’

 

염기쌍의 정확도를 판단한다.

수소결합을 제대로 해야 거리가 맞아야 공유결합을 할 수 있다.

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Palm domain (손바닥 영역)

 손바닥 영역은 (1) 촉매역할, (2) 최근에 첨가된 뉴클레오티드가 정확히 염기쌍을 이루는지 감시하는 역할을 한다. 

손바닥 영역에는 DNA 중합 활성화 자리가 있다.

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Finger domain (손가락 영역)

 손가락 영역은 (1) 촉매작용, (2) 주형의 인산 에스테르 골격을 90˙회전시키는 역할을 한다. 

 

4개의 뉴클레오티드가 충돌하다가 G가 오면 손바닥인 프라이머가 살짝 눌러준다. 

좀더 눌러주는 역할

 

그러면 C와 G가 세개의 수소결합을 통해 붙고

3’-OH가 인산기를 잡는다.

 

Finger domain의 Tyr이 그다음 base인 것 처럼 해서 눌러줌으로써 결합력을 높인다.

 

 

또 하나의 기능은 그 다음 주형가닥을 90도로 꺾어서 아예 뒤로 보낸다.

지금 복제할 주형 염기를 제시한다.

그래서 맨 마지막 염기만 지금 중합해야할 첫번째 염기만을 제시한다.

 

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Thumb domain (엄지 영역)

엄지 손가락은 중합반응에 직접 관여하지 않는다.

엄지손가락의 상호작용은 DNA가 이탈되지 않도록 도와준다.

따라서 중합효소가 계속해서 앞으로 하나씩 가되 이탈되지 않게끔 연속성을 제공한다.

 

앞으로 한개 더 미끄러져 가야 된다. 

엄지영역에서 정전기적 상호작용으로 인해 떨어지진 않지만 약간의 정전기적 인력으로 인해 염기쌍 한개를 밀어주어서

다음 염기가 활성화 자리에 놓여있을 수 있도록 한다. 

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 DNA 중합효소는 진행성을 가진 효소이다. 

 

DNA 중합효소에 의한 촉매반응은 매우 빠르게 일어난다.

DNA 중합효소는 프라이머 가닥에 1초당 최대 1000개의 뉴클레오티드까지 첨가시킬 수 있다. 

 

진행성의 정도는 효소가 프라이머:주형 결합체에 한번 결합할 때마다 첨가시키는 평균 뉴클레오티드 수의 평균값으로 정의된다.

진행성은 DNA 중합효소에 따라 다르다.

 

두가지 상호작용은 DNA가 중합효소에 결합된 후에 쉽게 이동하는 것을 가능하도록 해준다.

1. 인산골격과 엄지영역 사이의 정전기적 상호작용
2. DNA의 작은홈과 손바닥 영역과의 상호작용

 

 

이탈을 막는게 엄지의 역할이다.

또한 하나 앞으로 가게 하는 것이 엄지의 역할이다.

연속성은 엄지의 역할이다.

 

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PCNA 

1. 복제효소의 분리현상을 막아주고 진행성을 높여준다.

2. 진핵세포의 경우 복제를 하고 난 다음 DNA가 뉴클레오솜 구조를 형성할 수 있도록 히스톤 단량체들을 대려와서 핵심 포화 히스톤복합체를 만들 수 있게 한다. 히스톤단백질을 조립하게끔 도와준다.

 

또한 DNA 중합효소가 떨어지지 않도록 2차적으로 보조하는 애가 PCNA 이다.

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 핵산말단분해효소는 새로 합성된 DNA를 교정한다. 

그러나 실수를 하기도 한다.

염기가 때때로 토토머형을 가지기 때문이다.

잘못된 뉴클레오티드가 오면 주형에 맞지 않기 때문에 제거된다.

잘못 끼어들어간 염기쌍 뉴클레오티드의 제거는 일종의 핵산분해효소에 의해 이루어진다.

 

이를 교정 핵산말단분해효소(profreading exonuclease)라 부른다.

철자 교정을 위한 말단 분해효소 : proofreading exonuclease

 

잘못 짝지어진 뉴클레오티드가 첨가되면 새로운 뉴클레오티드의 첨가 속도는 감소하고 핵산말단분해효소 교정의 속도는 빨라진다.

3'-OH 말단과 새로 들어오는 뉴클레오티드의 기하학적 배치가 변화된다.

이러한 배치로 인해 뉴클레오티드 첨가 속도는 감소된다.

 

그러나 이 정도 돌연변이는 유전자 다양성에 기여한다.

 

 

 

 a. 어거지로 수소결합해서 붙이면 그 뒤의 애들도 불안정해져서 

b. 그 부분을 잘라버리고

c. 다시 제자리로 돌아오게 한다.