DNA의 복제과정 메커니즘(개시,진행,종결) - 원핵생물

＊DNA 합성효소 

앞에 3'-OH가 있어야 합성을 시작할 수 있음

항상 5'→3'으로 합성함

(i) DNA 합성효소 Ⅲ

긴 가닥 DNA 합성, 5'→3' 합성효소 활성, 3'→5' 핵산 말단 가수분해효소 활성 지님

(ii) DNA 합성효소 Ⅰ

짧은 가닥 DNA 합성, 주로 DNA수선에 관여

큰 소단웨체 : 5'→3' 합성효소 활성 3'→5'핵산 말단 가수분해효소 활성 지님

작은 소단위체 : 5'→3' 핵산 말단 가수분해효소 활성 지님

(iii) DNA 합성효소 Ⅱ

DNA 수선에 관여

5'→3' 합성효소 활성, 3'→5'핵산 말단 가수분해효소 활성 지님

 

＊헬리케이스

외가닥 DNA에 붙어 한 방향으로 이동하면서 앞에 있는 염기쌍들을 차례로 외가닥으로 벌림

ATP사용

-대장균에는 5'→3', 3'→5' 헬리케이스가 모두 있음(DnaB : 5'→3' 헬리케이스)

DNA복제 전과정(출처:https://sites.google.com/a/aisr.org/mun-ib/biology/topic-7-nucleic-acids/topic-7-1-dna-structure-and-replication)

1. 개시

대장균의 복제 원점(OriC : A = T 염기쌍이 풍부)에 DnaA 단백질이 결합

-ATP를 가수분해 하면서 염기쌍 사이의 수소 결합을 끊어 부분적인 단일 가닥을 형성

DnaC가 DnaB 단백질을 데려옴

-DnaB(헬리케이스)가 외가닥 DNA에 붙어 5'→3'으로 이동하면서 복제 분기점의 염기쌍들을 차례로 외가닥으로 벌림

SSBP(single strand binding protein)가 벌어진 외가닥 DNA에 붙어서 상보 가닥과 다시 염기쌍을 형성하지 못하게 유지함

자이레이스(Gyrase)가 이중가닥 DNA를 외가닥으로 벌릴 때 발생하는 양성 초나선의 위상학적 긴장을 해소함

 

2. 진행

(i) 선도 가닥(leading strand) 합성

RNA 합성효소나 프라이 메이스(DnaG)가 복제 원점에서 10~60 뉴클레오티드의 짧은 RNA 프라이머를 합성함

DNA 합성효소 Ⅲ가 RNA 프라이머의 3'-OH 말단에 붙어서 주형 가닥에 상보적인 염기들을 연결하며 복제를 진행함

dNTP의 인산 안 하이드라이드 결합이 끊어져서 PPi가 떨어질 때 방출되는 에너지를 이용해서 염기들이 dNMP 형태로 3'-OH에 차례로 연결됨

(ii) 지연 가닥(lagging strand)

프라이메이스(DnaG)가 적당한 간격으로 RNA 프라이머들을 합성함

-복제 기포가 새로 합성될 지연 가닥 입장에서 3'→5'으로 벌어지기 때문

DNA 합성효소 Ⅲ가 RNA 프라이머 각각의 3'-OH 말단에 붙어서 주형 가닥에 상보적인 염기들을 연결하며 진행함

-5'→3'으로 합성하다가 앞에 있던 RNA 프라이머를 장애물로 만나면 복제를 멈추고 이탈함 > 오카자키 절편들 생성

(iii) 오카자키 절편의 연결

DNA 합성효소 Ⅰ이 오카자키 절편의 3'-OH 말단에 결합함

-앞에 있던 RNA프라이머 장애물을 5'→3'핵산 말단 가수분해효소 활성으로 분해하고, 동시에 5'→3' 합성효소 활성으로 DNA 가닥을 연장함

RNA 프라이머가 모두 DNA 가닥으로 바뀌면서 노출된 3'-OH 말단과 그 앞에 있던 오카자키 절편의 5' 인산 말단을 리가아제가 서로 연결해 줌

 

3. 종결

복제 분기점들이 원형 DNA의 복제 원점에서 양방향으로 이동하다가 복제원점 반대편의 종결 자리에서 만남

Tus단백질이 종결 자리에 붙어 있다가 이 지점에 도달한 복제 기구를 해체함

복제가 끝났을 때 두 개의 원형 DNA의 고리가 서로 걸려 있기 때문에 위성 이성질화 효소Ⅳ가 두 고리를 떼어 줌

떨어진 두 개의 원형 DNA는 M기에 각각의 딸세포로 분리됨