원핵 DNA 복제

Prokaryotic DNA replication

원핵 DNA 복제는 원핵생물이 자신의 DNA를 딸 세포에 전달되는 다른 복제품으로 복제하는 과정이다.[1]비록 종종 모델 유기체 대장균에서 연구되지만, 다른 박테리아들은 많은 유사점을 보여준다.[2]복제는 양방향이며 복제의 단일 오리진(OriC)에서 발생한다.[3]다음 세 단계로 구성된다.시작, 연장, 종료.[4]

양방향 Theta 유형 복제.대부분의 원형 박테리아 염색체는 양방향으로 복제되며, 한 기원에서 시작하여 두 방향으로 복제된다.그 결과 반원형 복제가 이루어지는데, 각각의 새로운 동일한 DNA 분자는 원래 분자에서 나온 하나의 템플릿 가닥을 포함하고, 그 가닥은 고체선으로 표시되며, 하나의 새로운 가닥은 점선으로 표시된다.

입문

모든 세포는 세포분열을 진행하기 전에 DNA 복제를 마쳐야 한다.박테리아의 빠른 성장을 지원하는 미디어 조건도 그 안에서 상호간 생성 시간이 짧은 부부, 즉 빠르게 성장하는 세포의 두 배 시간은 느린 성장에 비해 적다.[5]즉, 빠른 성장 조건에서 할머니 세포가 손녀 세포를 위해 DNA를 복제하기 시작할 가능성이 있다.같은 이유로 DNA 복제 개시는 규제가 심하다.박테리아 기원은 오리섬 조립을 규제하는데, 오리섬 조립은 원점을 풀고 모든 복제 기계를 적재하는 것을 책임지는 핵단백질 복합체다.대장균에서 오리솜 조립 방향은 복제의 원점으로 불리는 짧은 뉴클레오티드 시퀀스 안에 내장되어 있으며, 초기 단백질인 DNAA[6](세균 왕국들 사이에서 고농축 단백질)의 결합 부위가 다수 포함되어 있다.DnaA는 각 도메인이 특정 업무를 담당하는 4개의 도메인을 가지고 있다.[7]복제의 기원 대장균에는 11개의 DnaA 결합 사이트/상자가 있으며, 이 중 3개의 상자 R1, R2, R4(고도로 보존된 9bp 컨센서스 시퀀스 5' - TTATC/ACACA)는 높은 친화도 DnaA 상자다.그들은 동일한 친화력으로 DnaA-ADP와 DnaA-ATP와 결합하고 대부분의 세포 주기 동안 DnaA에 의해 결합되며 나머지 오리섬이 조립되는 비계를 형성한다.나머지 8개의 DnaA 상자는 우선 DnaA-ATP에 바인딩되는 낮은 친화력 사이트다.[6]초기 단계에서 높은 친화도에 바인딩된 DnaA 상자 R4는 인접한 낮은 친화도 사이트에 추가 DnaA를 기부하고 모든 낮은 친화도 DnaA 상자를 점진적으로 채운다.[6]사이트를 채우면 원점 순응이 원래 상태에서 변경된다.기원에 묶인 DNAA에 의한 DNA 스트레칭이 가닥 분리를 촉진해 더 많은 DNAA가 언더파 영역에 결합할 수 있게 한다는 가설이다.[8]그런 다음 DnaC 헬리코아제 로더는 단일 가닥의 DNA와 결합한 DnaA와 상호작용하여 DnaB 헬리코아제를 모집하는데,[9] 이것은 DnaG 프리마아제가 RNA 프라이머를 내려놓고 DNA 중합효소 III 홀로엔자임이 신장되기 시작하면서 DNA를 계속 풀어준다.[10]

규정

박테리아의 염색체 복제는 시작 단계에서 조절된다.[2]DnaA-ATP는 RIDA(DnaA의 규제불활성화)에 의해 비활성화된 DnaA-ADP로 가수 분해되고 [11]DARS(Fis와 IHF가 자체적으로 규제하는 DnaA 재활성화 시퀀스)에 의해 활성 DnaA-ATP 형태로 다시 변환된다.[12][13]그러나, DNAA-ATP의 주요 원천은 새로운 분자의 합성이다.[2]한편, 몇몇 다른 단백질들은 보통 억제에 의해 시작을 조절하기 위해 ORIC 순서와 직접적으로 상호작용한다.대장균에서 이러한 단백질은 DiaA,[14] SeqA,[15] IciA,[2] HU,[9] ArcA-P를 포함하지만 다른 박테리아 종에 따라 다르다.[2]대장균에서 시작을 다양하게 조절하는 몇 가지 다른 메커니즘으로는 DDAH(DataA-Dependent DnaA Hydroydrisis, 또한 IHF에 의해 조절됨),[16] dnaA 유전자의 억제([2]SeqA 단백질에 의해), 지질 막에 의한 dnaA의 재활성화 등이 있다.[17]

길쭉

후행성 가닥 DNA에 루프가 있는 대장균 환지체

일단 프라이밍이 완료되면 DNA 중합효소 III 홀로엔자임(Holoenozyme)이 DNA에 실리고 복제가 시작된다.DNA 중합효소 III의 촉매 메커니즘은 활성 부위에서 두 개의 금속 이온을 사용하는 것과, 활성 부위에서 디옥시리보뉴클레오티드와 리보뉴클레오티드를 구별할 수 있는 영역을 사용하는 것을 포함한다.금속 이온은 3' OH가 디옥시리보뉴클레오타이드의 알파인산염에 핵포실 공격을 개시하고 디옥시리보뉴클레오타이드에 음전하된 3인산염의 방향을 잡고 안정화시키는 데 도움을 주는 일반적인 2분음 양이온이다.알파 인산염에 대한 3' OH에 의한 핵포화성 공격은 피로인산염을 방출하고, 이후 (무기인산염에 의해) 두 개의 인산염으로 가수 분해된다.이 가수분해는 DNA 합성을 완성시킨다.

또한 DNA 중합효소 III는 정확하게 쌍을 이룬 염기와 잘못 쌍을 이룬 염기를 구별할 수 있어야 한다.이는 왓슨-크릭 베이스 쌍을 구별하여 정확하게 쌍을 이룬 뉴클레오티드의 구조에 대해 형상을 보완하는 활성 사이트 포켓을 사용하여 이루어진다.이 주머니에는 정확하게 쌍을 이룬 뉴클레오티드와 반데르 왈스의 상호작용을 형성할 수 있는 티로신 잔여물이 있다.또한 활성현장의 dsDNA(이중 좌초 DNA)는 보다 넓은 주요 홈을 가지고 있으며, 샬로우 마이너 홈을 가지고 있어 푸린 베이스의 세 번째 질소와 피리미딘 베이스의 두 번째 산소로 수소 결합을 형성할 수 있다.마지막으로 활성 부위는 DNA 등뼈로 광범위한 수소 결합을 만든다.이러한 상호작용은 DNA 중합효소 III가 정확하게 쌍을 이룬 기저부 주위에 닫히는 결과를 낳는다.베이스를 삽입하고 잘못 페어링할 경우 수소 본딩과 판데르 발 상호 작용의 중단으로 인해 이러한 상호작용이 발생할 수 없다.

DNA는 3' → 5' 방향으로 읽히므로 뉴클레오티드는 5' → 3' 방향으로 합성(또는 템플릿 스트랜드에 부착)된다.그러나 DNA의 모선 중 하나는 3' → 5'이고 다른 하나는 5' → 3'이다.이를 해결하기 위해 복제는 반대 방향으로 발생한다.복제 포크로 향하는 선두 스트랜드는 하나의 프라이머만 필요하며 연속적인 방식으로 합성된다.반면 복제포크에서 멀어져 가는 뒤떨어지는 가닥은 오카자키 파편이라고 알려진 짧은 파편들로 연속적으로 합성되어 결과적으로 많은 프라이머가 필요하다.오카자키 파편의 RNA 프라이머는 이후 RNase H와 DNA 중합효소 I(exonuclease)에 의해 분해되고, 틈새(또는 닉)는 디옥시리보뉴클레오티드로 채워져 리기아제 효소에 의해 밀봉된다.

복제율

살아있는 세포에서의 DNA 복제율은 우선 페이지에 감염된 대장균의 페이지 T4 DNA 신장률로 측정되었다.[18]기하급수적으로 DNA가 37°C로 증가하는 기간 동안, 그 속도는 초당 749 뉴클레오티드였다.Page T4 DNA 합성 중 복제당 기본 쌍당 돌연변이 비율은 108 당 1.7이다.[19]

종료

대장균에서 DNA 복제의 종식은 종말 순서 및 투스 단백질의 사용을 통해 완료된다.이러한 순서는 두 복제 포크가 한 방향으로만 통과할 수 있도록 허용하지만 다른 방향으로만 통과할 수는 없다.

DNA 복제는 초기에 두 개의 강직화 또는 연결된 원형 DNA 이중화물을 생성하는데, 각각 하나의 부모 가닥과 하나의 새로 합성된 스트랜드(반원복제의 속성)로 구성된다.이 포장은 분리할 수 없는 두 개의 연동 링으로 시각화할 수 있다.대장균의 Topoisomerase 2는 두 개의 연속적인 DNA 또는 새로 형성된 DNA의 두 개의 뉴클레오티드에 존재하는 인산염 결합을 깨뜨리고 그 후에 DNA 가닥을 끊는 결합 활성이 결합되어 두 개의 DNA가 형성됨으로써 두 개의 원형 DNA 이중체의 연결을 해제하거나 해독한다.

기타 원핵 복제 모델

세타형 복제는 이미 언급되었다.롤링 서클 복제와 D-루프 복제와 같은 다른 유형의 원핵 복제도 있다.

롤링 서클 복제

이것은 동일한 순환판 DNA가 회전하고 그 주위에 새로운 가닥이 생기는 박테리아 결합에서 볼 수 있다.

롤링 서클 복제

신호에 의해 결합이 시작되면 릴렉스아제 효소는 ORIT에서 결합 플라스미드의 가닥 중 하나에 흠집을 낸다.Relaxase는 혼자 또는 12개 이상의 단백질로 구성된 복합체에서 효과가 있을 수 있다.F-플라스미드 시스템에서 릴렉스아제 효소는 TraI라고 불리며 릴렉스오솜은 TraI, TraY, TraM 및 통합 호스트 인자 IHF로 구성된다.그 다음, 잘린 가닥, 즉 T-스트랜드는 끊기지 않은 가닥으로부터 분리되어 5-단자로 3-단자 방향으로 수신자 세포로 전달된다.나머지 가닥은 결합 작용(오리V에서 시작되는 식물 복제)에 독립적으로 또는 결합과 함께 복제된다(양다 페이지의 롤링 서클 복제와 유사한 결합 복제).결합 복제는 성공적인 이전이 발생하기 전에 두 번째 결함을 필요로 할 수 있다.최근의 한 보고서는 이 두 번째 별칭 사건의 중간 단계를 모방하는 화학 물질과의 결합을 억제했다고 주장한다.[20]

D-루프 복제

D-루프 복제는 주로 변위 루프라고 불리는 3중 좌초된 구조가 형성되는 오르간ellar DNA에서 나타난다.[21]

참조

  1. ^ "What is DNA Replication?". yourgenome.org. Wellcome Genome Campus. Retrieved 24 February 2017.
  2. ^ a b c d e f g Wolański M, Donczew R, Zawilak-Pawlik A, Zakrzewska-Czerwińska J (2014-01-01). "oriC-encoded instructions for the initiation of bacterial chromosome replication". Frontiers in Microbiology. 5: 735. doi:10.3389/fmicb.2014.00735. PMC 4285127. PMID 25610430.
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