리플리솜(replisome)의 역활과 복제 포크

리플리솜

리플리솜이라고 하는 큰 단백질 복합체는 디옥시리보핵산 복제를 담당합니다. 원핵생물에서 복제 기점이라고 하는 염색체의 특정 지점에서 두 개의 복제체가 형성됩니다. 이 영역의 디옥시리보핵산은 압축 해제되어 복제 기계가 단일 가닥 부모 디옥시리보핵산에 액세스 할 수 있도록 열리며, 이는 새로운 딸 가닥 합성을 위한 템플릿 역할을 합니다. 두 개의 레플리솜은 원형 원핵 염색체 주위에서 반대 방향으로 이동하며, 각각의 레플리솜은 복제 분기점을 형성합니다.

 

복제 포크

복제 포크 내에서 소위 리딩 스트랜드에서 디옥시리보핵산 중합효소는 주형에 대해 3번 말단에서 5번 말단으로 이동하고 복제 포크와 같은 방향으로 이동하면서 5번 말단에서 3번 말단 방향으로 디옥시리보핵산을 합성합니다. 반면, 지연 가닥은 3번 말단에서 5번 말단 방향으로 합성되지만 실제로는 5번 말단에서 3번 말단으로 합성되는 오카자키 단편이라고 하는 작은 부분에서 불연속적으로 합성됩니다. 각 오카자키 단편은 리보핵산 프라이머로 시작되며 복제 포크의 움직임과 반대 방향으로 합성됩니다. 원핵생물에서 오카자키 조각은 길이가 1000~2000개의 염기로 구성됩니다. 오카자키 단편을 합성하는 디옥시리보핵산 중합효소가 결국 이전 오카자키 단편의 프라이머에 도달하는 것을 볼 수 있습니다. 이 경우 이전 단편의 프라이머는 5번 말단에서 3번 말단으로 엑소 뉴클레아제 활성을 사용하는 디옥시리보핵산 중합효소에 의해 제거됩니다. 그런 다음 디옥시리보핵산 중합효소는 누락된 뉴클레오티드를 마지막 오카자키 단편의 3번 말단에 추가하여 대체합니다. 모든 프라이머가 제거되면 서로 인접해 있지만 포스포 디에스테르 결합에 의해 연결되지 않은 두 개의 디옥시리보핵산 가닥이 있을 것입니다. 이 두 가닥은 효소 디옥시리보핵산 리가아제에 의해 함께 연결됩니다. 레플리솜에는 디옥시리보핵산 복제에 필요한 다른 많은 중요한 단백질이 포함되어 있습니다. 이중 가닥 디옥시리보핵산은 디옥시리보핵산 중합효소에 대한 단일 가닥 디옥시리보핵산 템플릿을 생성하기 위해 헬리카제에 의해 분리되고 압축 해제되어야 합니다. 복제 포크가 나선형 디옥시리보핵산을 따라 이동함에 따라 포크 앞의 디옥시리보핵산 코일이 압축되어 디옥시리보핵산이 감겨 있는 것으로 설명됩니다. 토포아이소머라아제는 오버 와인딩을 제거하여 이완하기 위해 필요합니다. 단일 가닥 결합 단백질은 지연 가닥 템플릿에 결합하여 단일 가닥 디옥시리보핵산을 안정화하고 보호합니다. 복제 기점에서 형성되는 2개의 복제 분기점은 원형 원핵생물 게놈 주위에서 반대 방향으로 이동하여 복제 기점과 비교하여 게놈의 반대쪽에 있는 종결자 서열, 즉 6시 방향에 도달할 때까지 이동합니다. 이로써 게놈의 완전한 복제를 발생시킵니다. 디옥시리보핵산 복제가 완료되면 복제 후 디옥시리보핵산 복구 프로세스는 디옥시리보핵산 중합효소의 교정 활동으로 수정되지 않은 오류를 수정합니다. 디옥시리보핵산 복제의 충실도는 매우 높기 때문에 추가된 1000,000,000~10,000,000,000개의 뉴클레오티드 당 1개의 실수 오류율이 발생합니다.

 

진핵생물의 디옥시리보핵산 복제

디옥시리보핵산 복제는 본질적으로 진핵생물과 원핵생물에서 동일합니다. 두 경우 모두 복제 기점에서 두 개의 리플리솜이 형성되고 원점에서 반대 방향으로 움직이는 두 개의 복제 분기를 생성합니다. 각 복제 분기에는 선행 가닥과 후행 가닥이 있습니다. 여기에는 두 가지 주요 차이점이 있습니다. 첫 번째는 더 큰 게놈 크기로 인해 각 염색체가 여러 복제 기점을 가지므로 각 염색체에 많은 수의 복제 분기점이 있다는 것입니다. 두 번째 차이점은 미토콘드리아 디옥시리보핵산을 제외하고 진핵생물의 염색체는 선형이며 이는 지연 가닥 합성으로 인해 문제가 발생한다는 것입니다. 선형 염색체의 복제는 각 딸 디옥시리보핵산 분자의 5번 말단 하나를 단축시킵니다. 이는 마지막 오카자키 단편에 필요한 프라이머가 제거되면 디옥시리보핵산 중합효소가 그 간격을 채울 수 없기 때문입니다. 반복되는 디옥시리보핵산 복제는 더 짧은 디옥시리보핵산 분자를 생성합니다. 이것이 시정되지 않으면 진핵생물은 세대를 거듭할수록 염색체가 짧아지면서 멸종했을 것이다. 진핵생물은 계산할 때 염색체의 끝을 보존하는 메커니즘을 가지고 있습니다. 염색체의 말단인 텔로미어에는 고도로 반복되는 서열이 포함되어 있습니다. 반복되는 디옥시리보핵산 복제는 반복 횟수가 감소하는 이러한 텔로미어 서열의 단축을 초래합니다. 리보핵산 함유 효소인 텔로머라아제는 반복 서열의 추가 사본을 3번 말단에 추가하여 디옥시리보핵산 복제 중에 손실된 사본을 대체할 수 있습니다. 이것은 실제로 디옥시리보핵산 복제 중에 처음에 손실된 5번 말단 부위를 확장하는 대신 텔로미어의 3번 말단을 확장합니다. 텔로머라제 내의 리보핵산 서열은 3번 말단 텔로미어 서열에 상보적이므로 짧은 디옥시리보핵산 서열의 합성을 위한 주형으로 결합하고 작용할 수 있습니다. 그런 다음 텔로머라아제는 새로 합성된 가닥을 따라 이동하고 이 과정이 반복됩니다. 여러 차례의 연장과 전위는 궁극적으로 3번 말단 영역이 확장되어 다른 오카자키 단편의 합성을 위한 주형으로 작용할 만큼 충분히 길어서 텔로미어의 두 가닥을 모두 확장합니다. 생식 세포와 몇몇 다른 활발하게 분열하는 세포만이 디옥시리보핵산 복제 동안 반복 서열의 손실을 상쇄하기에 충분한 수준의 텔로머라제 활성을 갖는다. 태어날 때, 텔로미어는 길이가 10000개 이상의 염기쌍이고 유기체의 일생 동안 디옥시리보핵산 복제와 체세포 분열을 허용하기에 충분한 반복이 있습니다. 텔로미어가 너무 짧아지면 프로그램된 세포 사멸(아폽토시스라고 하는 과정)이 유발됩니다. 체세포에서 텔로머라아제 활성이 부족하면 일어날 수 있는 세포분열 횟수가 제한되는데, 이는 암세포가 극복해야 할 문제다. 텔로머라제 활성은 대부분의 암에서 재활성화되어 이러한 세포가 무기한으로 분열할 수 있도록 하므로 이 활성이 암 치료의 잠재적 표적이 됩니다. 디옥시리보핵산 합성에 대한 이해는 분자 생명과학의 많은 실험적 접근 방식의 핵심입니다.