DNA replication에 필요한 효소들
DNA replication은 하나의 DNA로부터 2가닥의 DNA를 만들어내는 복제 과정입니다. 이 개념은 PCR을 설명할 때에 프라이머 세트를 따라 DNA가 복제되는 과정을 설명하면서 비슷한 이야기를 했었습니다. 그런데 자연적인 replication은 프라이머를 외부에서 넣어주는 PCR과는 조금 다른 면이 있습니다. DNA replication을 살펴보면 우리가 DNA를 합성해서 연장하는 데에 관여하는 효소로 잘 알고 있는 polymerase 외에도 여러 다른 효소들의 도움이 필요합니다. 오늘 소개할 효소들은 helicase와 topoisomerase입니다.
Helicase와 Topoisomerase의 역할
DNA 이중가닥이 복제를 시작하기 위해서는 한 가닥씩 풀려야 한다는 것은 이해를 하고 계실것입니다. 그러면 이 것을 어떻게 푸느냐에 두 효소가 관련이 되어 있다는 것을 추가로 기억하시면 됩니다. Helicase는 DNA 이중가닥을 단일가닥으로 풀어주는 역할을 합니다. 마치 지퍼와 같은 느낌으로 작용한다고 생각하면 쉽습니다. DNA를 따라 지퍼와 같은 역할을 하는 helicase가 따라가게 되면 두 가닥의 DNA가 한가닥으로 벌어지는 과정으로 작동합니다. Topoisomerase는 또 다른 느낌의 단일가닥으로 만들어주는 역할을 하는 효소입니다. Topoisomerase는 이중가닥에서 나선 형태로 꼬여있는 DNA를 helicase에 앞서 잡아당겨 일자로 펴주는 역할이라고 생각하면 쉽습니다. Topoisomerase가 이중가닥의 나선구조로 되어있는 DNA를 우선 펴주면 지퍼와 같은 helicase가 DNA를 열어서 단일가닥으로 만들어주는 역할을 합니다.
Leading strand와 lagging strand
DNA가 복제되는 과정에서 한 가닥은 5'으로부터 3'으로 되어있는데 이와 짝을 이루던 가닥은 같은 방향에서 볼 때 3'에서 5'으로 이루어져 있는 것을 확인할 수 있습니다. 복제의 대상이 되는 DNA가 3'으로부터 5' 방향으로 놓여있는 가닥은 복제되는 DNA 입장에서는 5' to 3'이기 때문에 방향이 정방향이 맞습니다. 그래서 이때에는 복제에 문제없이 5' to 3'으로의 정상적인 DNA replication이 일어납니다. 이렇게 형성되는 가닥을 leading strand라고 부릅니다. 그런데 문제는 반대방향으로 있는 5' to 3' DNA를 복제하는 경우입니다. 이 경우에는 새로 복제되는 DNA가 3' to 5'방향으로 놓이게 됩니다. DNA 합성 방향은 5' to 3'이기 때문에 거꾸로 합성하지는 못하고 긴 한가닥 대신 5' to 3'방향의 짧은 조각들을 여러 개 만들어내는 과정으로 진행됩니다. 이렇게 생성된 조각들을 okazaki fragment(오카자키 절편)이라고 부릅니다. 그리고 이렇게 형성된 가닥은 lagging strand라고 부릅니다. 이렇게 생긴 오카자키 절편은 ligase라는 효소가 와서 붙여주면서 lagging strand도 한 줄로 길게 완성이 되는 것입니다.
또 하나 빼놓을 수 없는 Primase 효소
DNA 복제 과정에서 primer는 매우 중요한 역할을 합니다. PCR에서 primer가 없다면 어디에서 증폭이 시작될지 알지 못하고 그로인해 PCR이 되지 못합니다. DNA의 자연적인 replication에서도 primer의 역할이 중요합니다. 그런데 PCR은 우리가 외부에서 Primer를 제작하여 넣어주게 되지만 자연적인 replication에서는 외부에서 무언가를 넣어주는 과정이 없습니다. 이때 작용하는 효소가 primase(프라이메이즈)입니다. Primase DNA replication 단계에서 elongation시 DNA 합성을 시작할 수 있도록 짧은 단편(Primer)을 제공하는 역할이라고 생각하면 쉽습니다.
오늘은 DNA replication 과정에서 작용하는 polymerase외 또 다른 효소들이 무엇이 있는지 알아보는 시간이었습니다. Polymerase가 가장 중요하고 메인 효소이다 보니 polymerase만 기억하고 계시는 분들이 많으셨을 텐데요, DNA replication은 polymerase 효소 혼자서는 절대 진행할 수 없고 제각각 중요한 역할을 하는 여러 효소들이 함께 작용해야 온전한 DNA replication이 일어난다는 것을 기억해 주시면 되겠습니다.
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