DNA 복제 과정에 대해 알아보자.

DNA 복제는 복제 원점이라고 불리는 DNA 분자의 특정 부위에서 시작됩니다. 원핵생물에서는 원형 DNA 분자에 단일 복제 원점이 있는 반면, 진핵생물에서는 각 선형 염색체에 여러 개의 복제 원점이 존재합니다. 시작 단계에는 이러한 출처에서 사전 복제 복합체(pre-RC)의 조립이 포함됩니다.

1. 개시

원핵생물 개시

원핵생물에서는 개시 단백질인 DnaA가 복제 원점에 결합함으로써 개시가 촉진됩니다. 이 결합으로 인해 DNA가 풀리고 헬리카제가 모집되어 DNA 가닥을 분리합니다.
단일 가닥 DNA 결합 단백질(SSB)은 분리된 가닥을 안정화시켜 복원을 방지합니다.
DNA Gyrase DNA가 풀릴 때 발생하는 비틀림 응력을 완화하는 데 도움이 됩니다.

진핵생물의 개시

진핵생물의 경우 개시는 더 복잡한 과정입니다. ORC(원점 인식 복합체)는 원점을 인식하고 결합하여 Cdc6 및 Cdt1을 포함한 다른 RC 이전 구성 요소를 모집합니다.
pre-RC의 조립은 MCM(소염색채 유지) 단백질을 포함하는 헬리카제 복합체의 모집으로 이어지며 DNA를 풀어줍니다.

2. 연장

DNA가 풀리고 복제 포크가 설정되면 신장 단계가 시작됩니다. 이 단계에는 DNA 중합효소에 의한 새로운 DNA 가닥의 합성이 포함됩니다.

프라이머 및 DNA 합성

Primase는 DNA 주형에 상보적인 짧은 RNA 프라이머를 합성합니다. 이 프라이머는 DNA 합성의 출발점을 제공합니다.
그런 다음 DNA 중합효소는 RNA 프라이머의 3' 말단에 뉴클레오티드를 추가하여 가닥을 5'에서 3' 방향으로 늘립니다.

리딩 가닥 합성

선도가닥은 복제분기점의 이동방향으로 연속적으로 합성된다. DNA 중합효소 III은 주형에 상보적인 뉴클레오티드를 지속적으로 추가하여 이 가닥을 합성합니다.

지연 가닥 합성

지연 가닥은 반대 방향으로 불연속적으로 합성됩니다. DNA 중합효소 III은 각각 별도의 RNA 프라이머에 의해 시작되는 Okazaki 단편이라는 짧은 단편을 합성합니다.
DNA 중합효소 I은 RNA 프라이머를 제거하고 이를 DNA로 대체하며, DNA 리가아제는 인접한 Okazaki 단편 사이의 틈을 밀봉합니다.

3. 종료

종료 단계에서는 복제 프로세스가 완료됩니다. 복제 포크가 DNA 분자의 특정 종료 지점을 만나거나 장애물에 부딪힐 때 종료가 발생할 수 있습니다.

원핵생물의 종결

원핵생물의 경우 말단은 Tus-Ter 시스템에 의해 제어되는 경우가 많습니다. Tus 단백질은 특정 종료 부위(Ter)에 결합하여 하나의 복제 분기점을 일시 중지하고 다른 복제 분기점이 복제를 완료하도록 허용합니다.

진핵생물의 종결

진핵생물의 종결은 복제 중간체의 분리와 최종 RNA 프라이머의 제거를 포함하는 더욱 복잡한 과정입니다.

4. 규제

세포는 DNA 복제가 세포 주기당 한 번만 발생하도록 조절합니다. 사이클린 의존성 키나제(CDK)를 포함한 세포 주기 조절 단백질에 의해 제어되는 체크포인트는 복제 진행을 모니터링하고 재복제를 방지하며 게놈 안정성을 유지합니다.

5. 오류 및 복구

DNA 복제 기계의 충실성에도 불구하고 오류가 발생할 수 있습니다. DNA 중합효소는 교정 기능, 일치하지 않는 뉴클레오티드를 잘라내고 교체하는 기능을 갖추고 있습니다. 또한 불일치 복구 메커니즘은 교정에서 제외되는 오류를 식별하고 수정합니다.

6. 텔로미어

진핵생물에서 선형 염색체는 말단에 텔로미어를 가지고 있어 복제 중에 문제가 발생합니다. 역전사 효소 활성을 갖는 효소인 텔로머라제는 염색체 말단에 반복적인 DNA 서열을 추가하여 유전 물질의 손실을 막습니다.

결론적으로, DNA 복제는 유전 정보의 정확한 전달에 중요한 고도로 조직화되고 규제되는 과정입니다. 다양한 효소, 단백질 및 조절 메커니즘의 조정은 각 세포 주기 동안 게놈의 충실한 복제를 보장하여 세대에 걸쳐 생명의 연속성과 유전적 특성의 보존에 기여합니다.

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