DNA복제와 PCR

소개글

DNA복제와 PCR에 대한 보고서 자료입니다.

목차

〈요약〉
〈본문〉
1. PCR (polymerase chain reaction)
2. DNA replication
〈출처〉

본문내용

면 정상적인 염기보다 호변이성화 또는 이온화 상태로 존재할 확률이 높으므로 염기쌍이 잘못되어 복제시에 염기 치환이 일어난다. 아질산(HNO2)에 의하여 염기에 탈아미노반응이 일어나면 DNA 중의 adenine은 hypoxanthine이 되어 cytosine과 염기쌍을 만들고 cytosine은 uracil이 되어 adenine과 염기쌍을 형성하게 되어 염기 치환을 일으킨다.
Dimethylsulfonate(DMS), methylmethanesulfonate(MMS), N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine(NMNG) 등의 alkyl화제는 DNA 중의 guanine의 7 위치를 alkyl화하여 4급 암모늄질소를 생성하면 deoxyriboside 결합이 불안정하게 되어 탈 guanine이 일어나 인산-당-인산만이 남게 되며 회복시에 이곳에 원래와는 다른 염기가 들어가면 돌연변이가 일어난다. 평면성 방향족물질인 acridine계 색소(acridine orange, proflavin 등)와 같이 염기쌍내로 삽입되는 물질(intercalator)은 이중나선 구조의 DNA에 강하게 결합하므로 복제과정에서 염기의 첨가 또는 결실을 일으켜 frame shift형의 돌연변이를 일으킨다.
물리적 요인에 의한 돌연변이
X-선, -선, 중성자선 등은 직접적으로 또는 활성 유리기(free radical)를 생성하여 DNA 사슬에 변화를 일으키거나 절단하여 돌연변이를 유발한다. 자외선은 주로 DNA 사슬에서 아래와 같이 2개의 인접한 thymine끼리 공유결합적으로 thymine dimer가 형성되게 하여 정상적인 DNA 복제를 방해함으로써 돌연변이를 일으킨다.
ㄴ) DNA 회복기구
그림 2.1
모든 세포는 손상되지 않은 genome을 유지하고 자손에게 전달하는데 필요한 다양한 DNA 회복기구(repair mechanism)를 가지고 있다. 특히 자외선에 의해 손상된 DNA에 대한 연구는 자외선이 포함된 햇빛이 생체계에 주는 해로운 영향과 이러한 문제를 해결하기 위한 생화학적 회복기구의 중요성을 알게 했다.
희귀한 열성의 선천성 질환인 색소성 건피증(xeroderma pigmentosum)이 나타나는 사람이 있다. 이 병에 걸린 사람의 세포는 절제회복(excision repair)이라는 회복기구가 결여되어 DNA를 회복할 수 없기 때문에 피부세포가 계속 죽어서 생긴 착색된 조직이 얼굴에 특히 심하게 축적되고 결과적으로는 전이(metastasize)되는 악성 종양인 피부암에 걸리게 되며 이로 인하여 사망하게 된다.
그림 2.1에 절제회복기구를 나타내었다. DNA 사슬에 자외선에 의해 thymine dimer가 형성되면 자외선 특이적 endonuclease(nicking enzyme)가 DNA 분자상의 구조적 변형을 인지하고 그 dimer로부터 몇 염기 떨어져 있는 DNA 가닥상의 phosphodiester 결합을 분해하여 틈을 만든다. 다음에 DNA polymerase Ⅰ은 DNA의 다른 가닥을 주형으로 하여 endonuclease에 의해 노출된 3'-OH 말단을 연장함으로써 회복과정을 시작한다. DNA polymerase Ⅰ의 5' 3' exonuclease 활성이 thymine dimer를 갖고 있는 DNA 단편을 제거한다. 제거된 단편 대신에 새로 합성된 단편은 DNA ligase에 의해 DNA 가닥에 공유결합으로 연결되어 그 부분을 손상받기 이전의 상태로 회복시킨다.
G-U 염기쌍의 회복
DNA에 있는 cytosine은 자연적인 탈아미노반응으로 uracil이 될 수 있으며 그렇게 되면 uracil은 adenine과 염기쌍을 이루어 원래의 G-C 염기쌍 대신에 A-U 염기쌍을 만들어 돌연변이를 일으킨다.
이 때 DNA에 원래 존재하지 않는 uracil은 DNA 회복기구에 의해 인식되어 cytosine의 탈아미노반응에 의한 변이는 원상으로 회복될 수 있으며 그 과정은 그림 2.2과 같다.
그림 2.2 G-U 염기쌍 회복기구
이 과정의 첫 번째 반응은 cytosine의 탈아미노반응으로 생성된 uracil과 deoxyribose 사이의 결합을 uracil-DNA glycosidase가 가수분해하는 것이다. 이 때 DNA 골격은 정상이나 AP 부위(apurinic 또는 apyrimidinic site)라는 한 염기 즉 uracil이 없어진 부위가 생긴다. 다음에 AP endonuclease가 이 부위를 인식하여 염기가 없어진 부위에 근접하여 있는 골격을 절단(nick)한다. 그리고 DNA polymerase Ⅰ이 염기를 갖고 있지 않은 나머지의 deoxyribose phosphate를 절단한 후 상보적인 가닥의 guanine과 쌍을 이룰 cytosine을 첨가하고 최종적으로 DNA ligase가 틈을 결합시키면 DNA는 원상으로 회복된다.
이렇게 DNA 회복기구가 thymine은 DNA의 정상염기로 인식하고 methyl기가 없는 uracil은 비정상 염기로 인식하기 때문에 cytosine의 자연적인 탈아미노반응에 의해 생성된 G-C A-U 돌연변이를 예방할 수 있다.
DNA가 uracil 대신에 thymine을 정상염기로 가지는 이유는 이를 통해서 보다 정확하게 유전정보를 전달하기 위한 것이라고 생각된다.
〈출처〉
이정근, 오석준, 김종민 역, 바이오인포매틱스, 한빛 미디어, 2001
Snyder and Champness, "Molecular genetics of Bacteria" 1997
DNA Microarray와 최신 PCR 기법 수윤사 (2000)
http://www.immunoblot.com
http://www.komabiotech.com
http://www.bmskorea.co.kr
http://www.chinju.ac.kr/~hak31/down/DNA Replication.hwp
http://kimwootae.com.ne.kr/mb/dnareplication.htm
http://www.dongeui.ac.kr/%7Ecblee/lec05/bio05.html
http://www.knou.ac.kr/~bhkim/study52.htm

키워드

DNA복제,   PCR,   DNA replication,   Genomic DNA