[3-2] DNA 복제는 어떻게 시작될까?

Part 3 | 설계도의 복제

우리는 지난 글에서 DNA 복제의 원리에 대해 알아보았다. 그래, 이중나선의 DNA가 한 가닥씩 나뉘면 각각이 주형이 되어서 새로운 DNA를 복제해 내는 것이다. 그렇다면 가장 먼저 일어나야 할 일은? 그렇다! DNA를 일단 풀어줘야 한다!

DNA '열기'

앞선 글에서도 말했듯, DNA의 복제에는 많은 기계들이 필요하다. 대부분의 이 기계들은 단백질로 이루어져 있다. 그중 DNA를 풀어주는 단백질의 이름은 '헬리케이스'(helicase)라고 한다. 이 단백질은 DNA의 이중나선에 결합해, 마치 지퍼처럼 쭉 염기쌍을 분리하여 DNA를 단일가닥으로 만들어낸다.

여기서 문제가 두 개 발생한다. 첫 번째, DNA는 단일가닥으로 있을 때 상당히 불안정하다는 것이다. 그래서 얼른 다른 염기쌍과 다시 붙어버리려 하기 때문에, 이를 방지해 줄 기계가 필요하다. 이 기계, 단백질의 이름은 '단일가닥 결합 단백질'(SSB)이다. 이름 뜻 그대로 단일가닥에 결합해 가닥이 복제 과정에서 안정적으로 존재할 수 있게 유지해 주는 역할이다.

아래 그림을 보면 헬리케이스와 단일가닥 결합 단백질이 어떻게 작용하는지 한눈에 보일 것이다.

다른 문제는 풀리는 앞쪽 부분에서 발생한다. 일명 DNA supercoiling이라고 불리는 문제인데, 헬리케이스가 DNA를 풀면서 그 앞쪽의 이중나선은 오히려 단단히 꼬여버리는 문제를 말한다. 쉽게 생각하려면 돌돌 감겨있는 전화선을 생각하면 된다. 누구나 한 번쯤 수화기의 전화선을 일자로 펴보려고 한 적이 있었을 것이다. 내가 펴면 펼수록 펴지 않은 부분은 더 단단하게 꼬여버리지 않던가? 그것이 바로 DNA에서 일어나는 현상이다!

그래서, 이것을 해결하는 기계는 무엇인가. 생물마다 약간씩 다를 수는 있지만, 대표적으로 'DNA 위상이성질화효소'(topoisomerase)가 있다. 이 기계는 종류가 여러 가지라, 이름 뒤에 I, II 이런 식의 로마숫자가 붙기도 한다. DNA의 꼬임을 방지하는 이 단백질의 정확한 이름은 DNA 위상이성질화효소 IV이다.

이렇게 하면 DNA의 풀림과 관련된 문제는 모두 해결된다. 헬리케이스가 쭉 움직이면 DNA 가닥이 자연스럽게 풀어지는 것이다.

풀었으니, 이제 복제를 할 차례다! 드디어 복제를 하는 것이다. 그런데, 이 복제도 만만치 않은 문제점이 많다... 그것들에 관해서는 다음 글에서 알아보도록 하자!