seegongsik
고등학교 2~3학년 (16-18세)

DNA 복제와 유전자 발현

DNA Replication & Gene Expression

DNA 는 두 가닥이 풀린 뒤 각 가닥을 주형으로 새 가닥을 만들어, 복제된 DNA 마다 원래 가닥 하나와 새 가닥 하나가 들어가는 반보존적 방식으로 복제돼요. DNA 중합 효소는 새 가닥을 5' → 3' 방향으로만 늘릴 수 있어서, 한쪽 가닥(선도 가닥)은 분기점을 따라 끊기지 않고 합성되고, 다른 쪽(지연 가닥)은 짧은 오카자키 절편으로 나뉘어 합성된 뒤 이어 붙여져요. 메셀슨과 스탈은 무거운 질소(¹⁵N)와 가벼운 질소(¹⁴N)로 표시한 DNA 를 원심 분리해 반보존적 복제를 증명했고, 복제된 유전 정보는 전사와 번역을 거쳐 단백질로 나타나요. 그림에서는 복제가 진행될수록 분기점이 올라가며 선도 가닥과 오카자키 절편이 늘어나는 모습과, 세대에 따라 원심 분리관의 띠가 옮겨 가는 모습을 볼 수 있어요.

정확한 복제가 중요한 까닭

💡 30억 글자 책을 한 자도 틀리지 않고 베끼기
①사람의 DNA 는 약 30억 염기쌍이고, 세포가 분열할 때마다 이 전부를 복제해야 한다
②DNA 중합 효소는 잘못 붙인 염기를 스스로 고치기도 해서, 오류는 약 10억 염기에 1개꼴로 매우 적다
③두 가닥이 풀리면 각 가닥이 주형이 되고, A 는 T, G 는 C 와 상보적으로 짝을 지어 새 가닥이 만들어진다
④그래서 복제된 DNA 두 분자는 각각 원래 가닥 하나와 새 가닥 하나로 이루어진다(반보존적 복제)

복제 분기점: 선도 가닥과 지연 가닥

5
복제에 쓰이는 효소
헬리케이스(두 가닥 풀기) → 프라이메이스(RNA 프라이머) → DNA 중합 효소(새 가닥 합성) → DNA 연결 효소(절편 잇기)
DNA 중합 효소는 혼자서는 새 가닥을 시작하지 못하고, 프라이머 끝에 뉴클레오타이드를 이어 붙인다
🔍 선도 가닥과 지연 가닥
①DNA 중합 효소는 새 가닥을 5' → 3' 방향으로만 늘린다
②선도 가닥은 새 가닥이 자라는 방향이 분기점이 움직이는 방향과 같아, 분기점을 바로 뒤따르며 끊기지 않고 합성된다
③지연 가닥은 자라는 방향이 분기점과 반대여서, 주형이 드러날 때마다 짧은 오카자키 절편을 하나씩 따로 합성한다
④각 절편은 RNA 프라이머에서 시작하고, 나중에 프라이머가 DNA 로 바뀐 뒤 DNA 연결 효소가 절편들을 이어 하나의 가닥으로 만든다

메셀슨 · 스탈 실험: 반보존적 복제의 증명

F₁
💡 실험 결과 읽기
①대장균을 ¹⁵N 배지에서 여러 세대 키우면 DNA 의 두 가닥이 모두 ¹⁵N 이어서, 원심 분리하면 무거운 띠 하나만 나온다(P)
②이 대장균을 ¹⁴N 배지로 옮겨 한 번 복제시키면 모든 DNA 가 ¹⁵N 가닥 하나와 ¹⁴N 가닥 하나로 되어 중간 띠 하나만 나온다(F₁)
③한 번 더 복제시키면 중간 띠(¹⁵N-¹⁴N)와 가벼운 띠(¹⁴N-¹⁴N)가 1 : 1 로 나온다(F₂)
④보존적 복제였다면 F₁ 에 무거운 띠와 가벼운 띠가 나와야 하고, 분산적 복제였다면 F₂ 에도 띠가 하나만 나와야 하므로, 이 결과는 반보존적 복제로만 설명된다

유전자 발현: 중심 원리

중심 원리
DNA → (전사) → mRNA → (번역) → 단백질
유전 정보는 DNA 에서 RNA 를 거쳐 단백질로 흐른다
📐 전사와 번역
①전사: RNA 중합 효소가 DNA 의 주형 가닥을 읽어 mRNA 를 만들며, 진핵세포에서는 핵 안에서 일어난다
②번역: 리보솜이 mRNA 를 읽어 아미노산을 이어 단백질을 만들며, 세포질에서 일어난다
③mRNA 의 연속된 세 염기(코돈) 하나가 아미노산 하나를 지정한다
④개시 코돈은 AUG(메싸이오닌)이고, 종결 코돈 UAA · UAG · UGA 는 아미노산을 지정하지 않는다

예제와 기출로 점검

예제 1
어떤 이중 가닥 DNA 에서 아데닌(A)이 전체 염기의 30%를 차지한다. 이 DNA 에서 구아닌(G)이 차지하는 비율은?
1
이중 가닥 DNA 에서는 A 가 T 와, G 가 C 와 짝을 지으므로 A = T, G = C 이다.
2
A 가 30%이면 T 도 30%로 둘이 60%를 차지하고, 나머지 40%를 G 와 C 가 반씩 나누므로 G = 20%이다.
▸ 20%
상보적 염기 짝 때문에 A = T, G = C 가 성립한다(샤가프 법칙). 네 염기의 합이 100%라는 것과 함께 쓰면 한 염기의 비율만으로 나머지를 모두 구할 수 있다.
예제 2
¹⁵N 으로만 키운 대장균을 ¹⁴N 배지로 옮겨 DNA 를 한 번만 복제시켰다(F₁). 이 DNA 를 원심 분리하면 띠가 어떻게 나타나는가?
1
반보존적 복제에서 복제된 DNA 는 각각 ¹⁵N 가닥 하나와 새로 만든 ¹⁴N 가닥 하나로 이루어진다.
2
따라서 모든 DNA 가 ¹⁵N-¹⁴N(중간 밀도)이 되어 중간 띠 하나만 나타난다.
▸ 중간(¹⁵N-¹⁴N) 띠 하나
F₁ 에서 중간 띠 하나만 나오는 것이 보존적 복제를 배제하는 결정적 증거다. 그림에서 세대를 F₂ 로 넘기면 중간 띠와 가벼운 띠 두 개로 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 메싸이오닌을 지정한다.
⑤메셀슨 · 스탈 실험은 보존적 복제를 증명했다.
▸ ② 지연 가닥은 오카자키 절편을 만들며 불연속적으로 합성된다.
1
지연 가닥은 자라는 방향이 분기점과 반대여서, 짧은 오카자키 절편으로 합성된 뒤 DNA 연결 효소로 이어진다.
2
복제는 반보존적이고(①, ⑤), 전사는 RNA 중합 효소가 하며 번역이 리보솜에서 일어나고(③), 종결 코돈은 아미노산을 지정하지 않는다(④).

총정리

DNA 복제
반보존적 복제: 복제된 DNA 마다 원래 가닥 하나 + 새 가닥 하나
헬리케이스 → 프라이메이스 → DNA 중합 효소(5' → 3') → DNA 연결 효소
🎯 시험 포인트
①DNA 는 반보존적으로 복제되며, 메셀슨 · 스탈 실험으로 증명되었다
②DNA 중합 효소는 5' → 3' 방향으로만 새 가닥을 합성하고, 프라이머가 있어야 시작한다
③선도 가닥은 연속으로, 지연 가닥은 오카자키 절편으로 불연속 합성된다
④전사에서는 주형 가닥을 3' → 5' 방향으로 읽어 mRNA 를 5' → 3' 방향으로 만든다
⑤번역에서는 코돈과 안티코돈이 짝을 지어 아미노산이 이어지며, AUG 에서 시작해 UAA · UAG · UGA 에서 끝난다
← 이전
광합성
다음 →
유전자 발현 조절

마지막 수정

이 페이지가 도움 됐다면 후원하기