반보존적 복제

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반보존적복제(半保存的複製)는 1953년 왓슨(J.D.Watson)과 크릭(F.H.C.Crick)에 의하여 제창된 DNA 복제 모델로 어버이의 두 가닥 사슬 DNA가 풀려서 각각의 한 가닥 사슬을 주형으로 사용하여 상보적 염기배열을 가지는 새로운 사슬로 합성되어 원래와 같은 이중사슬 DNA가 두 가닥 형성되는 것을 말한다[1].

Meselson-Stahl experiment diagram[1]

즉, 이 두 가닥 사슬 중 한쪽 사슬은 새로이 합성된 것이나, 다른 한쪽의 사슬은 어버이의 것이 보존되어 계승된 것이므로 반보존적 복제(semiconservative replication)라고 한다. 이외에도 보존적(conservative), 분산적(dispersive) 방법으로 설명될 수있으나, 1958년 메셀슨(Matthew Meselson)과 스탈(Franklin stahl)에 의해 DNA의 복제가 반보존적이라는 것이 실험적으로 증명되었다[2][3]. 그들은 무거운 동위원소로 DNA를 표지하고 세대를 거치면서 DNA의 변화를 CsCl 등밀도원심법(CsCl density gradient ultracentifugation)을 이용하여 추적분석하였다. 15NH4Cl을 유일한 질소원으로 가지고있는 배양액에서 여러 세대를 거친 대장균의 DNA와 대장균을 14NH4Cl이 과량 첨가된 배지로 옮겨 분열한 대장균의 DNA를 분리한 후 원심분리하여 시험관에서의 DNA 위치를 관찰하는 실험을 하였다. O세대인 15NH4에서 배양한 대장균 DNA는 1.724g/ml(heavy DNA)의 위치에서 띠를 형성하였으며, 4.1세대의 대장균 DNA는 1.710g/ml(light DNA)의 위치를 나타내었다. 단 1세대의 대장균 DNA는 1.717g/ml의 단일 위치에서 띠를 형성하였으며, 이는 15N과 14N을 같은 양으로 포함하고있는 DNA duplex를 의미하는 것이다. 그리고, 2세대를 거친 대장균 DNA는 1.717g/ml과 1.710g/ml의 밀도위치에서 동일양의 띠를 나타내었다. 이러한 결과는 DNA복제가 반보존적 복제라는 것을 증명하는 것이다.

<실험과정> 자연계에 존재하는질소는 흔히 N15와 N14가 약 0.7% 대 99.3%의 비율로존재 하는데 1mol기준으로 N15가 N14보다 1g무겁다. 이 실험에서는 G0(Generation의 약자)를 N15가 포함되어있는 배지에서 길러낸후(이때 DNA염기서열에는 N15가 포함되어있다고 본다. 100%N15가 아니더라도 무게의 차이만 확인하면 되므로 상관 없다.) N14의 배지로 올겨기르는 과정으로 통해 어느보존 복제모델이 맞는가를 검증하는 실험이다.

1.G0(generation의 약자. 즉 0세대라는 의미이다.)를 N15배지에서 배양한다.

2.G0의 대장균들을 N14가 포함된 배지로 옮겨서 배양한다. G0가 분열하여 G1을 만드는데 G1에서 새로합성된 Dna가닥은 N14를 포함할 것이다.(세포내에도 아미노산이 남아있고 일부 Dna나 Rna를 분해해서 새 Dna를 조합하는데 이용할지도 모르지만 앞서 말했듯 질량의 차이만주면되고 위의 반응이 일어난다 할지라도 N14를 포함한 아미노산을 보다 많이 쓸것이다.) 이때 대장균이 1회분열하는 온도병주기를 기준으로 하여 평균적으로 1회분열하는데 걸리는시간 동안배양하여 기른후에 G1의 일부를 취하여 Dna를 걸러서 CaCl이 녹아있는 수용액에서 원심분리하여 관찰한다. 이때 CaCl은 원심분리되는 속도를 조절한다.(회전속도는 40000Rpm.) 이때 자외선을 이용하여 Dna층을 확인한다.

3. 원심분리한 튜브를 G1으로부터 취한 DNA의 원래가닥은 N15를 포함하고 새롭게 합성된 가닥은 N14를 포함할것이다. 이때 보존적 복제모델에 의하면 원래 존재했던 DNA가닥과 나중에 하벙된 DNA가닥의 질량이 다르기때문에 두개의 층이 생겨야 한다. 하지만 실제실험에서는 1개의 층이 생겼으므로 보본적 복제모델은 틀렸을 것이라고 추측할 수 있다.

4.G1을 채집한 이후 배지를 계속 배양시켜 평균적으로 2번째 분열을 끝맞혔을 시점에서 다시한번 대장균을 채취하여 2번의 과정을 거친다. 이때 반보존적 복제에 따르면 G0때의 Dna가닥을 포함한 Dna와 그렇지 않은 Dna로 나뉘고 분산적 복제모델이 맞다면 G0의 Dna가닥은 골고루 혼합되어서 질량의 차이가 존재하지 않아 띠는 하나로 보여야한다. 실험적 결과에서는 2개의 띠가 관찰되었으므로 DnaDNA의 복제과정은 반보존적 본제모델을 다름을 추측할 수 있다. (여기서 띠가 약간 연속적(그림처럼 선으로 보이지 않고 흐리게 보임.)으로 보이는 것은 모든대장균이 동시에 분열하지 않으며,1번에서 언급한 DNA나 Rna를 분해한후 재조립하는 새포내 과정이 있기때문에 불연속적으로 보이지 않는 것이다.

참고 문헌[편집]

  1. Watson, J. D., and Crick, F. H. C., 1953. Nature 171:737-738
  2. Meselson, M., and Stahl, F. W., 1958. Proceedings of the National Academy of Sciences 44:671-682
  3. Freifelder, D,1987. Molecular Biology, 2nd edition, p.224-228

바깥 고리[편집]