세포 내 DNA 복제 과정
DNA 복제의 시작
DNA 복제는 세포가 분열하기 전에 유전 정보를 두 개의 딸세포로 정확하게 전달하기 위해 시작된다. 복제는 특정한 시작 지점인 '원점(Origin)'에서 시작되며, 이곳에서 DNA의 두 가닥이 풀리기 시작한다. 복제 원점에서 복제 기계가 결합하고, DNA 헬리케이스라는 효소가 이중 나선을 풀어 각각의 단일 가닥을 만든다. 이 과정을 통해 두 개의 복제 가닥이 생성되고, 그에 따라 새로운 DNA 가닥이 합성된다. 복제의 시작은 세포 주기 동안 정확한 시점에 이루어져야 하며, 세포는 이를 엄격히 조절한다.
DNA 헬리케이스와 단일 가닥 결합 단백질
DNA 헬리케이스는 복제 과정에서 핵심적인 역할을 하는 효소로, DNA의 이중 나선을 풀어 단일 가닥을 만든다. 이 효소는 ATP를 사용하여 나선을 풀고, 두 가닥을 분리하여 복제가 가능한 상태로 만든다. 분리된 단일 가닥은 다시 결합하지 않도록 단일 가닥 결합 단백질(SSB, single-strand binding protein)이 결합한다. 이 단백질들은 풀린 DNA 가닥이 다시 결합하는 것을 방지하고, 복제 과정을 원활하게 진행할 수 있도록 돕는다. 이렇게 풀린 단일 가닥은 새로운 가닥의 합성에 사용된다.
RNA 프라이머 합성과 DNA 합성
DNA 복제는 RNA 프라이머가 먼저 합성된 후 시작된다. 프라이머는 DNA 중합효소가 새로운 DNA 가닥을 합성하기 위해 필요한 시작점을 제공한다. RNA 프라이머는 프라이머 효소에 의해 합성되며, 이후 DNA 중합효소가 이를 바탕으로 새로운 DNA 가닥을 합성한다. DNA 중합효소는 복제 가닥을 읽으며, 새로운 뉴클레오타이드를 추가하여 새로운 DNA 가닥을 생성한다. 이 과정은 5'에서 3' 방향으로 진행되며, 두 가닥이 각각 복제된다.
복제의 두 가지 방향성: Leading Strand와 Lagging Strand
DNA 복제는 두 가닥에서 동시에 일어나지만, 두 가닥의 합성 방식에는 차이가 있다. 한쪽 가닥인 'leading strand'(주도 가닥)는 DNA 중합효소가 5'에서 3' 방향으로 계속해서 복제할 수 있어 연속적으로 합성된다. 반면, 다른 가닥인 'lagging strand'(지연 가닥)는 3'에서 5' 방향으로 복제되며, 불연속적인 조각들인 '오카자키 절편'(Okazaki fragments)이 형성된다. 이 절편들은 각기 RNA 프라이머에 의해 시작되어, 이후 DNA 중합효소와 DNA 연결효소에 의해 연결된다. 이러한 방식으로 두 가닥이 동시에 복제된다.
복제 완료와 수정
복제가 완료된 후, 복제된 DNA는 오류가 없는지 점검을 받아야 한다. DNA 중합효소는 복제 중 발생할 수 있는 오류를 교정할 수 있는 '교정 기능'을 가지고 있다. 또한, 복제 과정에서 발생한 오카자키 절편은 DNA 연결효소에 의해 연결되며, 모든 빈틈이 메워진다. 복제 후, 두 개의 딸 DNA 분자는 세포 분열을 위해 각각 세포의 두 딸세포로 정확히 분배될 준비가 된다. 복제 과정의 정확성은 유전 정보의 손상을 방지하고, 세포의 기능을 정상적으로 유지하는 데 필수적이다.