DNA복제

`DNA 복제 (replication)`란 DNA의 이중나선 구조를 발견한 왓슨과 크릭이 DNA의 염기쌍 구조가 복제될 수 있는지에 대한 연구에서부터 시작된 것으로, DNA의 이중나선두 가닥이 분리되고 그 각각을 주형으로 하여 새로운 상보적 사슬이 형성하여 한 쌍이었던 사슬이 두 쌍으로 복제되는 것을 말한다. 오래전부터 유전물질은 세포가 분열할 때 복제할 수 있는 능력을 갖고 있다고 생각해 왔다. 즉, 염색체내 존재하는 모든 유전자 한 벌이 새로 형성된 세포 각각에서 전달되지 않으면 안되며, 생식세포나 개체는 모든 유전자 한 벌을 후손에게 전달되어야 한다는 것이다.

1. DNA복제의 일반적인 특징

① 복제가 일어나기 위해서는 반드시 모사슬이 분리되어야 하고, 분리된 가닥이 염기서열에 따라 상보적(complementary)인 새로운 가닥이 합성된다.

② 복제시 한 가닥은 연속적으로, 다른 가닥은 불연속적으로 합성된다.

③ DNA 합성 개시를 위한 Primer로서 RNA 전구체를 필요로 한다.

④ 복제는 복제 개시점으로부터 양방향으로 진행된다.

2. 복제 과정

① 복제 과정은 DNA의 특정 부위에 있는 복제기점에서 시작한다. 거기서 수소결합이 절단되고 쌍을 이룬 염기가 분리된다.

② DNA 나선은 서로 떨어지기 시작하며, DNA의 풀림은 헬리카아제 (helicase)에 의하여 촉진된다. 헬리카아제는 복제 과정에 관련된 효소들과 그 밖의 여러 단백질로 이루어진 복제복합체의 일부분이다. 그와 같은 복제복합체 2개가 각 복제원점에 존재하며, 서로 반대 방향으로 움직이면서 Y형 복제분기를 만든다.

③ DNA 복제에서 제일 중요한 효소는 DNA중합효소 (DNA polymerase) 이다. 중합효소의 주요기능은 기존의 사슬 3`―OH기에 새로 들어 온 뉴클레오티드의 5`인산기를 붙이는 것이다. 이러한 중합은 DNA중합효소의 여러 작용 중에서 가장 중요한 것이다.

④ 그러나 DNA중합효소는 혼자서는 새로운 사슬의 합성을 개시할 수 없으며, 효소가 새로운 뉴클레오티드를 첨가하기 위해서는 기존의 3`―OH기가 있어야 한다. 따라서 프 리마아제(primase)라고 부르는 다른 효소가 주형 사슬을 복사하여 RNA 프라이머 (primer)를 형성하여야 실제로 DNA복제가 개시된다. 이 짧은 염기서열(프라이머)은 DNA 중합효소가 중합 과정을 시작할 수 있도록 자유로운 3`―OH기를 제공해 준다.

⑤ DNA중합효소는 자라고 있는 사슬의 3`―OH기 끝에만 새로운 염기를 첨가할 수 있 다. 그것은 새로운 DNA 사슬은 5` 말단으로부터 3` 말단으로 합성되기 때문이다. 그런데. 이중 나선의 두 사슬은 역평행 (antiparallel)이다. 따라서 복제기점에서 이들 주형 사슬은 방향이 서로 반대이기 때문에, 복제가 한 사슬에서는 5`에서 3`의 방향으로 일어나는 동안 다른 사슬에서는 3`에서 5`의 방향으로 일어나지 않으면 안된다. 결국 두 사슬에서 서로 다른 방법으로 복제가 일어난다는 것을 알게 되었다. 복제복합체가 DNA의 복제기점으로부터 분기점을 향하여 3´→ 5′으로 향하는 단일 가닥을 선도 가닥(leading strand)라 부르며 5′→ 3′방향의 단일 가닥을 지연가닥(lagging strand)라고 부른다. 선도 가닥의 복제는 연속적으로 이루어지나(continuous replication), 지연 가닥의 복제는 불연속적(discontinuous)으로 이루어진다.