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DNA 복제

세포가 분열하기 전에 DNA는 똑같이 복제되어 유전 정보가 딸세포에 정확히 전달돼요. 이중 나선의 두 가닥이 풀리면 각 가닥이 주형이 되어 상보적인 새 가닥이 만들어지므로, 새로 생긴 DNA는 원래 가닥 하나와 새 가닥 하나로 이루어져요(반보존적 복제). 복제 과정을 3D로 보고, 직접 뉴클레오타이드를 붙여 보고, 메셀슨과 스탈의 실험 결과를 세 가지 복제 모델과 비교해 보세요.

2022 개정 교육과정생물의 유전 유전자와 유전물질 · 반보존적 DNA 복제 과정과 그 의미, DNA 복제 모의실험, [12유전01-07]생명과학 생명의 연속성과 다양성 · 세포 주기의 간기에 DNA가 복제됨과 연계통합과학1 물질과 규칙성 · DNA의 구조와 연계고급 생명과학 생명의 연속성 · DNA 복제 과정에서 DNA 주형, DNA 중합 효소, 연결효소의 역할, [12고생03-01]
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이하은T 과학 실험실

빠르기
붙일 것 고르기
복제 모델
다음 세대 배양액
예시

시간에 따른 새 가닥의 길이

선도 가닥은 복제 분기점을 따라 계속 길어지고, 지연 가닥은 짧은 조각 단위로 늘어나요

풀린 염기쌍선도 가닥지연 가닥

세 가지 복제 모델의 예상과 실제 결과

각 칸은 원심 분리한 시험관이에요. 아래쪽일수록 무거운 DNA예요 · 띠의 진하기는 DNA의 양을 나타내요

반보존적 복제

원래 가닥 하나 + 새 가닥 하나

  • 이중 나선의 두 가닥이 풀리고 각 가닥이 주형이 돼요
  • 새로 생긴 DNA 2개는 모두 원래 가닥 1개와 새 가닥 1개로 이루어져요
  • 두 DNA의 염기 서열은 원래 DNA와 같아요
복제 분기점

이중 나선이 풀리는 곳

  • 헬리케이스가 두 가닥 사이의 수소 결합을 끊어 나선을 풀어요
  • 풀린 부분이 Y자 모양이 되는데, 이곳을 복제 분기점이라고 해요
프라이머 · DNA 중합 효소

3′ 말단에만 이어 붙여요

  • DNA 중합 효소는 주형 가닥에 상보적인 뉴클레오타이드를 차례로 연결해요
  • 이미 있는 가닥의 3′ 말단에만 붙일 수 있어서, 처음에는 짧은 RNA 조각인 프라이머가 필요해요
  • 그래서 새 가닥은 언제나 5′ → 3′ 방향으로 합성돼요
선도 가닥 · 지연 가닥

연속적으로, 또는 조각조각

  • 선도 가닥: 복제 분기점이 움직이는 쪽으로 합성되어 연속적으로 길어져요
  • 지연 가닥: 합성 방향이 분기점의 이동 방향과 반대라서 짧은 조각으로 합성돼요
  • 짧은 조각은 DNA 연결 효소가 이어 붙여요
메셀슨과 스탈의 실험

반보존적 복제의 증거

  • ¹⁵N 배지에서 키운 대장균을 ¹⁴N 배지로 옮겨 세대마다 DNA를 원심 분리했어요
  • 1세대: 중간 무게의 띠 하나 → 보존적 복제가 아님
  • 2세대: 중간과 가벼운 띠 둘 → 분산적 복제가 아님
반보존적 복제의 의미

유전 정보를 정확하게

  • 원래 가닥이 주형으로 남아 있어서 상보적인 염기 서열을 정확하게 만들 수 있어요
  • 그래서 세포 분열 때 같은 유전 정보가 딸세포로 전달돼요

생각해 보기

  1. ① 탭에서 두 새 가닥 중 연속적으로 합성되는 가닥은 어느 쪽인가요? 주형 가닥이 풀리는 방향과 새 가닥의 합성 방향을 근거로 설명해 보세요.
  2. 지연 가닥에서는 프라이머가 몇 번 만들어졌나요? 선도 가닥과 비교하고 그 까닭을 설명해 보세요.
  3. ② 탭에서 아래쪽 가닥의 프라이머 바로 오른쪽(5′ 쪽이 아닌 쪽)에 뉴클레오타이드를 붙이려고 하면 어떻게 되나요? 왜 그런가요?
  4. ② 탭을 모두 마친 뒤 두 DNA의 염기 서열을 원래 DNA와 비교해 보세요. 두 DNA는 각각 어떤 가닥으로 이루어져 있나요?
  5. ③ 탭에서 보존적 복제 모델을 고르고 1세대까지 배양해 보세요. 실제 결과와 어떻게 다르고, 무엇을 알 수 있나요?
  6. 분산적 복제 모델은 1세대 결과로는 제외할 수 없어요. 몇 세대의 결과로 제외할 수 있고, 그 까닭은 무엇인가요?
  7. ¹⁴N에서 2세대를 키운 대장균을 ¹⁵N 배양액으로 옮겨 3세대를 얻으면 원심 분리 결과는 어떻게 될까요? 예상한 뒤 ③ 탭의 예시로 확인해 보세요.