분자생물학 9장 (2) - 복제분기점, Primase, Helicase, DNA polymerase

 복제분기점 

---

 DNA의 두 가닥 모두 복제분기점에서 함께 합성된다. 

선도가닥(leading strand)은 한번 시작이 되면 연속적으로 쭉 진행되고

지체가닥(lagging strand)은 조각조각 복제된 다음에 연결된다.

 

선도가닥이든 지체가닥이든 프라이머가 있어야하고 프라이머를 합성하는 효소가 Primase다.

프라이머는 RNA 조각이다.

 

왜 DNA를 복제하는데 RNA 조각을 짧게 연결하는가?

RNA 중합효소와 복제의 주역인 DNA 중합효소는 차이가 있다.

DNA 중합효소의 첫번째 염기부터 시작은 못하지만

RNA 중합효소는 첫번째 염기부터 갖다 놓을 수 있다. (나중에 다시 언급)

 

 

 

새로운 가닥을 주형으로 작용하게 되면 상보적인 새로운 가닥이 생겨나게 된다.

 

기존의 부모가닥이 벌어지는 부분이 있다.

그곳이 바로 복제 분기점(replication fork)이다. 스테이크 찢을 때 포크를 기점으로 찢으므로

 

처음 새로 생긴 가닥 = 초록색 부분 = 프라이머 = RNA

 

 

복제 원점에서 벌어져서 양방향으로 일어나게 된다.

방향을 적을 수 있어야 한다.

---

 새로운 DNA 가닥의 합성이 시작되기 위해서는 RNA 프라이머가 필요하다. 

 

DNA 가닥은 새로 만들어질 때 5’ 부터 놓질 못하기 때문에 RNA 조각을 놓아야 한다.

RNA 프라이머를 놓아야 한다. 이는 RNA 중합효소가 한다.

 

DNA 중합효소는 아무것도 없는 상태에서 새로운 DNA 가닥을 합성을 시작할 수 없다.

RNA 중합효소는 아무것도 없는 상태에서 새로 RNA 사슬 합성을 시작할 수 있는 성질이 있다.

 

프라이머를 합성하는 RNA 중합효소는 Primase 이다.

이 프라이머들은 DNA 중합효소에 의해 신장된다.

 

Primase는 복제분기점에서 작용하는 또 다른 단백질인 Helicase와 결합할 때 활성이 극적으로 증가한다.

Helicase는 복제분기점에서 DNA를 풀어 Primase에 주형으로 작용할 ssDNA를 만든다.

---

 DNA 복제 완결을 위해서는 RNA 프라이머가 제거되어야 한다. 

 

RNA 프라이머를 DNA로 교체하기 위해서는, RNA 분해효소(RNase H)라는 효소가 각 RNA 프라이머를 인식하여 각 프라이머의 대부분을 제거해야 한다. 이 효소는 DNA와 염기쌍을 이룬 RNA를 특이적으로 분해한다. 

 

DNA polymerase 1이 RNA 프라이머를 제거하고 그 자리에 염기를 하나씩 채워 넣는다.

 

메인 DNA 복제효소는 DNA polymerase 3 이다.

꽉 채워지고 Nick이 있는 부분은 염기를 넣지 않고 붙인다. 이것은 DNA ligase가 한다.

---

 DNA helicase는 복제분기점 앞에서 이중나선을 푼다. 

 

반보존적 복제

새로 생겨나는 두 분자의 딸 DNA 분자는 하나는 부모가 갖고 있던 것이고, 나머지 한쪽만 합성한다.

 

DNA Helicase는 꼬임을 끊지 않고 힘으로 밀어버리면서 풀린다.

DNA Helicase는 ssDNA를 따라서 특정한 방향으로 이동한다. 이를 Helicase의 극성(polarity)라고 한다. 5' -> 3'

 

Gyrase -> Helicase -> DNA polymerase 순으로 작동한다.

---

 단일가닥 DNA 결합 단백질은 복제 전에 단일가닥 DNA를 안정화시킨다. 

 

헬리케이스가 힘들게 풀어논 것이 다시 붙어버리면 안된다.

그것을 SSB(Single Strand Binding) protein들이 와서 막으면서 안정화시킨다.

---

Topoisomerase는 복제분기점에서 DNA 이중나선이 풀어지면서 생기는 초나선을 줄여준다. 

복제분기점에서 DNA 두 가닥이 풀릴 때 분기점 바로 앞의 이중가닥 DNA는 점점 양성 초나선을 이루게 된다.

이러한 초나선은 Helicase가 두 가닥 사이의 염기쌍을 제거한 결과로 축적된다.

Helicase가 진행함에 따라 DNA는 점점 적어지는 염기쌍 내에 똑같은 고리 수를 가져야 한다.

 

헬리케이스는 DNA를 끊지 않기 때문에 L값은 변화가 없다.

T값을 줄이는 역할을 한다.

그러면 W값은 양의 방향으로 증가한다.

 

Helicase 와 Topoisomerase 2 인 Gyrase의 역할을 정확하게 이해해야 한다.

---

 복제분기점의 효소는 DNA 중합효소 기질의 범위를 넓힌다. 

---

DNA 중합효소의 특수화 

---

 DNA 중합효소는 세포 내에서 다른 역할을 위해 특수화된다. 

 

 

DNA polymerase1 : 5’ 에서 3’ 으로 지워버리는 활성

 

Polymerase switching

α β δ ε

Primase가 RNA 짧은 가닥을 중합시키면 Pol α가 연장을 해놓는다.

Pol α가 떨어져 나가면 Pol δ(델타)가 들어온다. 선도가닥에서는 Pol ε(앱실론)이 들어온다.

 

Pol δ(델타)가 들어오는데 sillding clamp와 같이 들어온다.

본격적으로 DNA를 중합하는 애들은 Pol δ(델타)와 Pol ε(앱실론)이다. 

그 이유는 Sliding clamp와 결합할 수 있기 때문이다.