생화학개론 | 미생물 에너지 원의 DNA Polymerase

 

 

 

TIP

 

 

1. Promoter
2. 미생물의 물질대사

 

 

 

DNA의 복제에는 DNA polymerase(Dpase)가 관여한다. 오늘날 세종류(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ)의 Dpase가 알려져 있다. Dpase Ⅰ은 아마 1100개의 아미노산으로 된 기본의 polypeptide로 되었고, 1956년에 Kornberg에 의하여 발견되었다.

 

 

Kornberg의 DNA polymerase(오늘날의 DNA polymerase Ⅰ)는 DNA를 주형에 DNA를 합성하여 만들어진 DNA의 조성이나 nucleotide 배열은 주형 DNA의 그것과 유사하다. 이 효소는 대장균당 약 1만 분자가 존재하고 있을 것으로 생각한다. 네 종류의 dXTP를기질로 하여 primer DNA, 주형(template) DNA, Mg²⁺ (또는 M²⁺)존재하에서 이 primer에 nucleotide를 연결하여 DNA를 합성한다. 이 반응은 다음과 같다.

 

 

이 효소에 의하여 합성된 DNA는 2중 나선 구조를 가져 그 염기조성은 가해진 주형 DNA의 염기조성과 일치하여 A=T, G=C의 관계를 만족시킨다. 또 인접 nucleotide의 출현빈도(보기로서 dA32PPP를 사용하여 DNA를합성하여 적당한 nuclease로 5‘ 측을 끊으면 dA의 3’측의 dX에 32P가 붙어 이것을 분석하면 dA의 이웃에 어느 염기가 오는 가의 빈도를 알 수 있다. 마찬가지로 dG, dT, dC에 대하여서도 조사된다)도 주형 DNA와 일치된다.

 

이 효소를 사용하여 있는 φX174 phage를 in vitro에서 합성할 수도 있다. 그래서 이 효소가 5‘→3’ 방향으로 합성을 하는 것을 암시해 주고 있다. 그러나 이 효소의 in vitro에서의 DNA합성속도는 복제에 관여한다고 생각되는 만큼 늦은 것으로 합성된 DNA는 분지된 곳이 많으므로 이 효소가 참으로 복제를 하는 가는 의문점이 있다.

 

 

오랫동안 1969년에 De Lucia와 Cairns는 DNA polymerase Ⅰ결손 Ⅰ의 대장균 돌연변이 균주를 분리하였다. DNA polymerase Ⅰ이 세포 내에서 일어나는 DNA합성의 실체에 관여하는 것이라면, 이 효소에 결손 돌연변이 균주는 생존하지 않는다고 한다. 이것이 생존되지 못하는 것은 polymerase Ⅰ이외에도 polymerase가 존재하는 것을 나타낸다.

 

그 이후 새로운 polymerase가 알려져 1970년에는 DNA polymerase Ⅱ가, 또 1971년에는 DNA polymerase Ⅲ가 발견되었다. Richardsons 등의 연구에 의하면 Ⅰ,Ⅱ를 결손한 대장균 돌연변이균주는 생육한다고 한다. 그러면 생육에 필수인 것은 DNA polymerase Ⅲ라는 것이다. 이에 기술한 것은 Ⅰ,Ⅱ결손의 세포 중에 T4, T7, λφX174, fd 등의 phage는 증식한다는 것이다. 따라서 이들 phage는 Ⅲ를 이용하고나, 또는 자신이 만드는 DNA polymerase를 이용하는 것으로 생각된다. 그런데 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ는 고초균에서도 증명되어 있다. Ⅱ, Ⅲ도 Ⅰ과 마찬가지로 deoxynucledside triphosphate에서 DNA를 합성한다.

 

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§ DNA polymerase Ⅰ과 Ⅱ의 역할은 무엇일까?

Dpase Ⅱ는 세포당 400분자 정도 존재하며 몇가지 성질은 Dpase Ⅰ과 다르나, 그 효소의 생리적 의의는 불명으로 이 효소를 없에도 대장균은 생장되었다. DNA합성속도는 in vitro에서 DPase Ⅰ보다 늦다. DPase Ⅲ은 대장균에 대하여 필수적이고, 세포당 10분자 정도만 있으나, in vitro에서의 합성속도는 복제에 맞먹는 속도로 정상인 DNA를 복제하는 것으로 알려져 있다.

이 DPase Ⅲ도 promer DNA, 주형 DNA와 Mg²⁺ 가 필요하다. DPase Ⅱ와 Ⅲ도 5‘→3’방향으로 DNA를 합성한다. 현재로는 이 DPase Ⅲ(또는 여기에 어느 인자가 붙은것)이 주로 복제에 관여한다고 생각하고 있다. DPase Ⅰ은 자외선등으로 손상을 받으면 DNA의 수복이나 DNA단편을 이어 붙이기 위한 필요한 효소로 생각된다.

 

DNA polymerase Ⅰ을 결손한 돌연변이 균주는 적외선에 감수성이 있다. 이 사실로부터 DNA polymerase Ⅰ(대부분 Ⅱ도)은 DNA 장해의 수복에 작용한다고 판단된다. 그러면 DNA polymerase Ⅰ의 작용은 부차적인 것이 되나, 최근에 이르러 polA recA(B, C)라는 결함을 가진 균주는 생존하지 않는 것을 알았다.

 

DNA polymerase Ⅰ도 또 생존에 어떤 역할을 하는 것으로 된다. 그렇다면, 그 역할은 무엇일까? DNA polymerase Ⅰ 표품은 DNA 합성등 이외에, 5‘쪽에서 3’쪽으로 절단하는 exonuclease 활성, 3‘쪽에서 5’쪽으로 절단하는 exonuclease활성도 같이 가진다. 이것들이 관계하고 있는 것도 알려져 있다. DNA합성 저해체도 있다.

 

더구나 DNA polymerase Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ를 만드는 유전자의 염색체 위의 자리는 온도감수성 돌연변이 균주를 써서 연구되어 dna A(pol A), dna B(pol B), dna E라고 이름지었다. DNA 합성에 관계되는 유전자는 이외에 dna C, dna D, dna F, dna G등이 있고, DNA합성의 개시 때문의 유전자, ribonucleoside diphosphate reductase 유전자 등으로 증명되어 있다.

 

 

 

[생화학]미생물 에너지 원의 DNA Polymerase 레포트