DNA 복제와 유전자 발현

DNA Replication & Gene Expression

DNA는 반보존적으로 복제되어 원래 가닥 하나와 새 가닥 하나가 한 분자를 이뤄요. 중합효소는 5'에서 3' 방향으로만 합성하므로 선도 가닥은 연속, 지연 가닥은 오카자키 절편으로 불연속 합성돼요. 메셀슨-스탈 실험이 반보존적 복제를 증명했고, 유전 정보는 DNA에서 mRNA를 거쳐 단백질로 흘러요. 슬라이더로 복제 진행도와 세대를 바꿔 복제 분기점과 원심분리 밴드를 살펴봐요.

직관 도입: 왜 정확한 복제가 중요한가?

💡 비유: 30억 글자의 책을 한 글자도 틀리지 않고 복사

①인간의 DNA = 약 30억 개의 염기쌍

②세포 분열 때마다 이 전부를 복제해야 한다

③오류율: 약 10억 개당 1개. 놀라운 정확도

④반보존적 복제: 원래 가닥 1개 + 새 가닥 1개 → 2개의 DNA

⑤원래 가닥이 '주형'(틀) 역할 → 상보적 염기 짝짓기(A-T, G-C)

복제 분기점: 선도 가닥과 지연 가닥

복제 진행도5

복제 핵심 효소

헬리카아제 → 프라이머(프라이마아제) → DNA 중합효소 → 리가아제

풀기 → 시작점 표시 → 합성 → 절편 연결

🔍 선도 가닥 vs 지연 가닥

①DNA 중합효소는 5'→3' 방향으로만 합성 가능

②선도 가닥: 복제 분기점 방향과 같음 → 연속 합성

③지연 가닥: 반대 방향 → 짧은 조각(오카자키 절편)으로 불연속 합성

④오카자키 절편은 DNA 리가아제가 연결

⑤프라이머(RNA)가 시작점 역할 → 나중에 DNA로 교체

메셀슨-스탈 실험: 반보존적 복제 증명

세대 (0=P, 1=F₁, 2=F₂)1

💡 실험 해석

①P세대: ¹⁵N(무거운) DNA만 존재 → 무거운 밴드만

②F₁: 모든 DNA가 ¹⁵N-¹⁴N → 중간 밴드만

③F₂: ¹⁵N-¹⁴N(중간) + ¹⁴N-¹⁴N(가벼운) → 두 밴드

④이 결과는 '반보존적' 복제만으로 설명 가능

⑤보존적, 분산적 복제라면 다른 패턴이 나와야 함

유전자 발현: 중심원리

중심원리(Central Dogma)

DNA → (전사) → mRNA → (번역) → 단백질

유전 정보의 흐름: DNA → RNA → 단백질

📐 전사와 번역의 핵심 차이

①전사: DNA → mRNA | RNA 중합효소 | 핵 안에서

②번역: mRNA → 단백질 | 리보솜 | 세포질에서

③코돈(3염기) 1개 = 아미노산 1개 지정

④개시 코돈: AUG (메티오닌)

⑤종결 코돈: UAA, UAG, UGA (아미노산 없음)

예제와 기출로 점검

예제 1

어떤 이중 가닥 DNA에서 아데닌(A)이 전체 염기의 30%를 차지한다. 이 DNA에서 구아닌(G)의 비율은?

이중 가닥 DNA에서는 A와 T, G와 C가 1:1로 짝을 이룬다(A=T, G=C).

A가 30%이면 T도 30%로 합 60%, 나머지 40%를 G와 C가 반씩 나누므로 G = 20%.

▸ 20%

상보적 결합(A-T, G-C) 때문에 A=T, G=C가 성립한다(샤가프 법칙). 네 염기의 합은 100%.

예제 2

¹⁵N(무거운 질소)로만 키운 대장균을 ¹⁴N 배지로 옮겨 한 번만 분열시켰다(F₁). DNA를 원심분리하면 밴드는?

반보존적 복제에서 각 딸 DNA는 ¹⁵N 가닥 1개와 새로 만든 ¹⁴N 가닥 1개로 이루어진다.

따라서 모든 DNA가 ¹⁵N-¹⁴N(중간 무게)이 되어 중간 밴드 하나만 나타난다.

▸ 중간(¹⁵N-¹⁴N) 밴드 하나

F₁에서 중간 밴드만 나오는 것이 반보존적 복제의 핵심 증거다. F₂에서는 중간 밴드와 가벼운 밴드 둘로 갈린다.

모의평가 유형

DNA 복제와 유전자 발현에 대한 설명으로 옳은 것은?

①DNA 복제는 보존적 방식으로 일어난다

②지연 가닥은 오카자키 절편을 만들며 불연속적으로 합성된다

③전사는 리보솜에서 일어난다

④번역의 종결 코돈은 메티오닌을 지정한다

⑤메셀슨-스탈 실험은 보존적 복제를 증명했다

▸ ② 지연 가닥은 오카자키 절편을 만들며 불연속적으로 합성된다

지연 가닥은 복제 분기점과 반대 방향이어서 짧은 오카자키 절편으로 합성된 뒤 리가아제로 연결된다.

복제는 반보존적이고(①·⑤), 전사는 핵에서 RNA 중합효소가 맡으며 번역이 리보솜에서 일어나고(③), 종결 코돈은 아미노산을 지정하지 않는다(④).

총정리

DNA 복제

반보존적 복제: 원래 가닥 + 새 가닥

헬리카아제 → 프라이마아제 → DNA 중합효소(5'→3') → 리가아제

🎯 시험 포인트

①반보존적 복제: 메셀슨-스탈 실험으로 증명

②DNA 중합효소: 5'→3' 방향으로만 합성

③선도 가닥(연속) vs 지연 가닥(오카자키 절편, 불연속)

④전사: DNA→mRNA (주형 가닥 3'→5' 읽음, mRNA는 5'→3')

⑤번역: 코돈-안티코돈 결합 → 아미노산 연결 | AUG 시작, UAA/UAG/UGA 종결