토포이소머라아제 – Topoisomerase

많은 세균(bacteria)과 바이러스들이  가지고 있는 genomic DNA는 원형 분자입니다. 거의 모든 원핵세포(Eukaryotic cells)에서 찾아볼 수 있는 엽록체(Chloroplast)나  미토콘드리아에서도  원형 DNA 분자를 찾아볼 수 있습니다.

원형 DNA의 두 가닥은 닫힌 원형 구조입니다. 그렇기 때문에 DNA복제(replication) 등을 위해 DNA의 일부분을  풀게 되면 다른 부분에 ‘비틀림 변형력'(torsional stress)이 걸립니다. 닫힌 원형 구조를 하고 있어서 가닥이 마음대로 움직이지 못하기 때문이지요. 결과적으로 원형 DNA의 일부분이 풀리게 되면 DNA 분자는 뒤틀리게 되어 초나선(supercoil) DNA를 형성합니다.

그러나 세균이나 원핵생물의 세포에는 토포이소머라아제1(topoisomerase I) 라는 효소가 있습니다. topoisomerase I 은 원형 DNA에서 생긴 비틀림 변형력을 완화시켜 줍니다. 이 효소는 DNA의 한 쪽 가닥의 임의의 부분에 붙어서 그 쪽 가닥의 인산디에스테르 결합(Phosphodiester bond)을 끊어줍니다. 이렇게 끊긴 부분을 ‘닉'(nick) 이라고 합니다. 한 쪽이 끊기면 DNA가닥들이 회전할 수 있기 때문에 DNA 가닥들에 걸리는 비틀림 변형력이 완화됩니다. 이렇게 끊긴 DNA는 후에 다시 붙습니다.(topoisomerase I 이 붙입니다.)

Topoisomerase II 도 있습니다. 이 효소는 DNA의 양 쪽 가닥에 붙어서 두 가닥을 모두 끊어줍니다. 역시 이렇게 비틀림 변형력을 완화시킨 다음 원래대로 DNA를 이어줍니다.

진핵생물의 핵에 있는 DNA는 선형이지만 길고, 루프(loop)를 형성하고 있고, 염색체(chromosome)에 붙어있습니다. 그래서 변형력이 생기게 되는데요,  이 때도 핵 안에 풍부한 topoisomerase I 이 있기 때문에 DNA에 걸리는 변형력을 완화시켜 줄 수 있다고 합니다.

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