6.6: 지연가닥 합성

Lagging Strand Synthesis
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Molecular Biology
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Lagging Strand Synthesis

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01:59 min
November 23, 2020

Overview

During replication, the complementary strands in double-stranded DNA are synthesized at different rates. Replication first begins on the leading strand. Replication starts later, occurs more slowly, and proceeds discontinuously on the lagging strand.

There are several major differences between synthesis of the leading strand and synthesis of the lagging strand. 1) Leading strand synthesis happens in the direction of replication fork opening, whereas lagging strand synthesis happens in the opposite direction.  2) For leading strand synthesis, a single primer is needed, whereas multiple RNA primers are required for lagging strand synthesis. 3) After initial primer synthesis, the leading strand needs only DNA polymerase for replication to continue,  whereas the lagging strand needs multiple enzymes, including DNA polymerase I, RNase H, and ligase. 4) The leading strand is synthesized as a continuous piece, whereas the lagging strand is synthesized as a series of shorter pieces called Okazaki fragments. Thus, lagging strand synthesis is a multistep process involving sophisticated coordination among different molecules.

Due to the different genome sizes of prokaryotes and eukaryotes, the process of lagging strand synthesis differs between them. The most prominent difference is the length of the Okazaki fragments. The average Okazaki fragment length is around 1000 to 2000 nucleotides in prokaryotes, but only 100 to 200 nucleotides in eukaryotes.

Transcript

이중 가닥 DNA의 상보적 가닥은 서로 다른 속도로 복제됩니다. 한 가닥에서 복제 과정은 지속적이고 빠릅니다. 이 새로 형성된 딸 가닥을 선행 가닥이라고 합니다.

다른 가닥에서는 복제 과정이 불연속적이고 상대적으로 느리며 약간 늦게 시작됩니다.이 딸 가닥은 지연 가닥으로 알려져 있습니다.

DNA 중합효소는 5’에서 3′ 방향으로만 DNA를 합성할 수 있습니다. 이 때문에 선행 가닥이 연속적으로 합성됩니다.

그러나 DNA 중합효소는 지연된 가닥에서 3’에서 5′ 방향으로 DNA를 합성할 수 없습니다.

이 문제를 해결하기 위해 DNA 합성은 5’에서 3′ 방향으로 불연속적으로 수행됩니다.

복제 포크(replication fork)의 개구부 부근에 존재하는 효소 DNA 프리마제(DNA primase)는 DNA가 풀리면서 지연된 가닥에서 여러 RNA 프라이머를 합성합니다.

그런 다음 DNA 중합효소는 다음 프라이머를 만날 때까지 프라이머 끝에 DNA를 합성합니다.

primase에 의한 프라이머 합성과 중합효소에 의한 후속 DNA 신장의 이러한 주기는 지연된 가닥을 따라 계속됩니다. 그 결과로 생긴 짧은 DNA 단편은 오카자키 단편으로 알려져 있습니다.

그런 다음 효소 RNase H는 오카자키 단편 사이에 산재된 RNA 프라이머를 제거합니다.

그런 다음 다른 DNA 중합효소가 RNA 프라이머를 제거한 후 남은 빈 공간을 채웁니다.

그러나 DNA 중합효소는 오카자키 단편 사이에 존재하는 틈을 채울 수 없습니다.

이 마지막 작업은 효소 DNA 리가아제(DNA ligase)에 의해 수행되는데, 이 효소는 불연속적인 지연 가닥을 연속적인 가닥으로 만들기 위해 한 단편의 3′ 말단을 다른 단편의 5′ 말단과 결합합니다.

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