[2016]2016 생물B 3번 (서술형 4점) - [분자] 오카자키의 실험, 지연가닥의 합성

[飛烏]

모범답) 밑줄은 핵심 단어

알칼리성 상태를 유지하는 이유는 이중나선 DNA를 단일가닥으로 변성시키기 위해서이다.

(이중가닥으로 붙어있으면 오카자키 절편이 분리되지 않아 확인할 수 없다.)

sucrose 농도기울기 원심분리를 하면 DNA 크기에 따른 침강속도의 차이를 이용하여 DNA를 크기별로 분리해낼 수 있다.

DNA는 반보존적으로 복제되며 DNA 중합효소는 5'→3'중합활성만을 가지므로,

연속적으로 합성되는 가닥과 불연속적으로 합성되는 가닥(지연가닥)이 형성된다.

a위치는 시험관의 상단으로 짧은 DNA가 존재한다.

b위치는 시험관의 중간으로 더 긴 DNA가 존재한다.

시간이 증가할수록 짧은 가닥보다 긴 가닥의 비율이 증가하는 이유는 지연가닥에서 합성된 오카자키 절편들이 DNA ligase에 의해 연결되어 길어지기 때문이다.

(지연가닥은 다수의 RNA 프라이머가 필요하며, DNA 중합효소Ⅰ이 프라이머를 DNA로 교체하고 DNA ligase가 연결시켜준다.)

[관련문제]

2006년 MD 35 : 방사능을 이용한 오카자키 절편 확인 실험(★왕유명 왕중요한 실험) : http://cafe.daum.net/S2000/9ffG/210

이 문제 풀이 참고하시면 더 이해가 잘 되실거예요~ 

[보충설명]

필수세포생물학 3판 171쪽,

더셀 세포학 분자적 접근 5판, 전진석 32쪽 그림 좋음.

1. 밀도구배 원심분리 (속도 침강 + 평형 침강)

1) 속도 침강 (속도 원심분리)  이 문제에 해당.

[그림] 필생 4장. 클릭 확대 ① 원리 : 크기에 따른 침강속도의 차이 원심분리하면 구성성분은 크기에 따라 각기 다른 속도로 침강하게 된다. 서로 다른 크기를 가진 입자들은 침강속도가 서로 다르므로 밴드를 형성하면서 침강된다. 저속침강성분은 시험관의 위쪽에, 고속침강성분은 시험관의 아래쪽에 위치하게 된다. ② 과정 : 구배가 형성되어있는 염용액 위에 시료를 얹어 층을 만든다. 시료와 염용액을 섞으면 안된다. 시료는 용액 위에 섞이지 않게 얹어야 한다. 용액은 보통 설탕이나 염화세슘(CsCl)을 사용을 사용한다. 시료는 아래로만 이동한다. 예) 세포소기관 분리 ③ 결과 분석 : 원심분리하여 바닥에 구멍을 뚫어 분획을 수집한다. ④ 계속 원심분리하면 : 모든 시료가 아래로 빠져나갈 수 있다.

2) 평형 침강 (평형 원심분리)

[그림] 필생 4장. 클릭 확대  ① 원리 : 크기와 모양에 상관없이 오직 부유밀도(부력밀도, buoyant density)에 따라 물질을 분리하는 방법이다. ② 과정 : 농도 구배가 '심한' 설탕 또는 염화세슘(CsCl) 용액을 이용한다. 시료는 용액 내에 섞어도 되고, 위에 층으로 얹어도 된다. 시료는 본인의 평형 부유밀도에 따라 위 아래로 이동한다. 오랜시간 원심분리하면 자신의 밀도와 용액의 밀도가 일치하는 위치에 멈추게 되어 띠를 형성한다. 밀도가 가장 큰 물질이 관 아래쪽에, 밀도가 작은 물질은 관의 위쪽에 위치한다. - 미세한 차이를 보이는 물질, 즉 같은 분자라도 구성하는 원자가 다르면 서로 다른 층으로 분리된다. 같은 길이의 DNA라도 밀도가 다르면 다른 띠로 나온다(반보존적 복제 증명 실험). - 염화세슘은 설탕보다 무거운 밀도구배를 형성할 수 있다, 따라서 DNA, RNA 등 핵산 분리 시 유용하다. 예) 15N 14N을 이용하여 DNA 반보존적 복제를 증명한 실험, 예) 진핵생물의 DNA 원심분리 부수체 띠(satellite DNA) 확인. 아래 그림 첨부 ③ 결과 분석 : 띠 형태로 관찰된다. ④ 계속 원심분리하면 : 각 성분들은 최종 평형 부유밀도에서 띠를 형성한다. 아래에 구멍을 뚫어서 수합하는 것이 아니다. [관련문제] 2014 생물임용 전공A 서술형 6번 : DNA 밀도구배 초원심분리  http://cafe.daum.net/S2000/2rWS/432 2012 PEET 11번 : DNA의 반보존적 복제의 증명

[심화] 그냥 편하게 읽어보세요~

최신유전학 270 (= 최신판 : 유전학원론)

DNA의 밀도는 G:C 성분이 증가함에 따라 늘어난다.

G:C염기쌍의 추가적인 수소결합은 염기 간의 좀 더 강한 결합을 생기게 하고,

따라서, A:T 염기쌍보다 더 높은 밀도를 가지게 된다.

더 셀. 세포학 분자적 접근 5판 162

평형침강 밀도구배원심분리를 활용한 예

진핵의 특징 : DNA 반복서열 

- 위성 DNA (satellite DNA) : 단순 반복 서열의 예

반복서열의 독특한 염기구성 때문에 많은 단순서열 DNA는 CSCI 밀도구배 원심분리법에 의해 나머지 유전체 DNA로부터 분리할 수 있다.

DNA 밀도는 염기구성에 의해 결정되는데, 초파리 유전체 DNA를 이용한 실험에서 보면 AT가 많은 서열은 GC가 많은 서열보다 밀도가 낮아 AT가 많은 단순서열 DNA는 전체 유전체 DNA의 평균보다 훨씬 낮은 밀도에서 나타난다(그림 5.7).

이러한 반복 서열 DNA는 주요 DNA(main band, 주띠)와는 띠로 분리되므로 이것을 위성 DNA(satellite DNA)라 한다.

이러한 서열은 유전체당 수백 만 번씩 반복되어 있으며 대부분 고등진핵생물 DNA의 10% 정도에 해당한다.

단순서열 DNA는 전사되거나 그 밖의 유전정보를 갖지는 않으나, 염색체 구조에 중요한 역할을 한다.
 

이 그래프는 원핵과 비교해서 진핵의 유전체의 특징을 비교하면서 접근할 수 있습니다. (DNA 변성 후 재결합 실험(Cot 측정)과 연계 가능)

[문제] 그림을 보고 물음에 답하시오.

1)Ⅰ~Ⅳ의 부수적이 피크가 나오는 이유는?  반복서열을 가지고 있어서

2)Ⅰ과 Ⅳ중 GC의 함량이 더 많은 것은? Ⅳ (GC함량이 높을수록 밀도가 높다)

관련 질문

http://cafe.daum.net/S2000/bS7/9132

※ 기출풀이는 계속 수정ㆍ보완됩니다.

댓글과 쪽지 환영합니다. 오타, 정정, 보충 내용에 대한 의견 남겨주세요.

[무지콘어피치]

크기에 따라 분리한다 말고 밀도에 따라 분리한다는 안되나요?

[올해붙는대매]

크기가 다르면 밀도도 다르지 않나요 액체에서 물체의 뜨고 가라앉음은 다 밀도 아닐까요 밀도라고 쓰면 틀릴까요 속도침전과 평형침전의 차이는 단지 자신의 밀도와 같은 부위에 있느냐 아니냐의 차이 아닐까요

[윤둘리]

속도침전 원심분리 설명에서 크기에 따른 침강속도의 차이에 따라 분리된다고 설명하셨는데
속도침전 원심분리는 크기 뿐만 아니라 침강속도에 영향을 주는 다양한 요인에 의해 침강계수에 차이가 생겨 입자들이 분리되는 것입니다.
자칫 이 글을 보시고 속도침전 원심분리는 크기에 따라 분리되는 것이고 평형침전 원심분리는 부유밀도(평형침전 원심분리를 통해 구할 수 있는 밀도를 의미)에 따라 분리된다고 단순히 생각할 수 있는데
속도침전 원심분리는 분획(분별) 원심분리처럼 크기와 밀도에 따라 분리됩니다. 즉, 침강속도에 영향을 미치는 수용성정도, 입자의 모양, 질량, 밀도와 같은 여러 요인에 의해 분리될 수 있습니다.
평형침전 원심분리는 침강속도에 영향을 주는 요인 중 밀도만으로 분리하기 때문에 원하는 시료를 정확하게 얻을 수 있습니다.

[윤둘리]

그리고 이 문제에서는 크기에 따라 분리한다는 표현보다 분자량에 따라 분리한다는 것이 더 정확해보입니다.
크기라는 개념은 너무 애매합니다. 크기가 크더라도 밀도가 작을 수 있고 질량이 작을 수 있기 때문입니다. 그래서 침강속도 차이에 따라 분리한다고 설명할 때 크기보다는 밀도, 질량, 분자량과 같은 명확한 용어를 사용하는게 바람직해 보입니다.

[飛烏]

윤둘리 네 반영하겠습니다