DNA의 구조

생명은 생물체의 생성과 유지에 필요한 유전정보를 저장, 검색, 해독하는 세포의 능력에 의해 좌우된다. 이와 같은 지령은 살아 있는 모든 세포 안에는 유전자로서 저장된다. 이번 포스팅에서 유전자의 구조에 대한 지식을 나눠보기로 한다.

 

DNA-구조와-기능

 

DNA 분자 하나는 2개의 뉴클레오타이드 가닥으로 구성된다

 

 

DNA 구조를 이해하기 오래전부터 생물학자들은 유전형질과 유전자는 염색체와 연관되어 있다는 것을 인식하고 있었다. 염색체는 진핵세포의 분열 초기에 핵 내에 나타나는 실 모양의 구조물로 발견되었다. 그 후 생화학적 분석이 가능해지면서 염색체가 DNA와 단백질로 구성되어 있다는 것이 밝혀졌다. 

 

우리는 DNA가 세포의 유전 정보를 담고 있고, 염색체의 단백질 구성성분이 엄청나게 긴 DNA 분자를 압축하고 조절하는 데 주요한 기능을 하고 있다는 것을 알고 있다.

 

데옥시리보핵산의 한 분자는 폴리뉴클레오타이드 사슬 2개로 구성되어 있다. 각 사슬 또는 가닥은 4가지 종류의 뉴클레오타이드 소단위체로 구성되고, 이 2개의 가닥은 뉴클레오타이드의 염기부위 간의 수소결합을 통해 서로 결합한다. 뉴클레오타이드는 당과 인산기 사이의 공유결합으로 연결된 사슬을 이루며, 이들 당-인산-당-인산이 반복적으로 이어져 골격을 형성한다.

 

DNA를 이루는 4가지 구성성분을 구분할 수 있는 유일한 성분은 염기이기 때문에, 폴리뉴클레오타이드 사슬은 4종류의 구슬로 엮은 목걸이로 비유할 수 있다. 4가지 염기(구슬)가 달려있는 당-인산 골격. A(아데닌), C(사이토신), G(구아닌), T(타이 민)은 4가지 다른 종류의 뉴클레오타이드, 즉 당과 인산기와 결합하고 있는 염기를 표현하는 데 사용된다. 

 

DNA 이중나선을 이루는 2개의 폴리뉴클레오타이드 사슬은 다른 가닥에 있는 염기들 사이의 수소결합으로 지탱되고 있다. 따라서 모든 염기는 나선의 내부에, 당-인산 골격은 외부에 위치하게 된다. 염기쌍은 무작위로 형성되지 않고 반드시 아데닌은 타이민과, 구아닌은 사이토신과 결합한다. 각각의 경우 2개의 큰 고리로 이루어진 염기(퓨린)는 하나의 고리로 이루어진 염기(피리미딘)와 결합한다. 이와 같이 상보적인 염기쌍으로 인해, 염기쌍은 가장 적합한 배열을 이루고 이중나선의 내부에 위치하게 된다.  

 

 

DNA 구조는 유전 현상에 필요한 기작을 제공한다

 

하나의 세포가 2개의 딸세포로 분열할 때 유전정보가 정확히 복제되고 전달되어야 하는 사실은 두 가지 기본적인 질문을 야기한다. 어떻게 한 개체를 규정하는 정보가 화학물질 형태로 보존되는가? 그리고 어떻게 그정보가 정확하게 복제되는가? 이러한 두 가지 의문에 대한 답을 DNA의 구조가 가지고 있다. 

 

정보는 DNA 가닥의 뉴클레오타이드의 서열의 형태로 암호화된다. 4가지 염기는 DNA의 화학구조에 내장되어 있는 생물학적 정보를 읽어내는데 사용되는 4개의 알파벳으로 비유될 수 있다. 생물체는 서로 다른 특징을 갖고 있는데 이는 그들의 DNA 분자가 다른 뉴클레오타이드의 서얼로 구성되어 있어서 결과적으로 서로 다른 생물학적 정보를 갖게 되기 때문이다. 그렇다면 어떻게 4개의 다른 뉴클레오타이드 알파벳을 사용하여 필요한 모든 정보를 구성할 수 있는가? 또한 이들이 궁극적으로 표기해 내는 것은 무엇인가?

 

DNA를 이루는 4개의 뉴클레오타이드 알파벳이 단백질을 이루는 20개의 아미노산 알파벳- 유전암호-으로 전환되는 과정 즉, 유전자 발현이다. 유전자의 뉴클레오타이드 서열이 하나의 RNA 분자의 뉴클레오타이드 서열로 전사되는 과정, 대부분의 경우 RNA 분자는 하나의 단백질의 아미노산 서열로 분석된다.

 

한 생물체의 DNA 에 존재하는 정보의 양은 놀랄만하다. 즉, 매우 작은 단백질을 암호화하는 인간의 유전자는 1개의 뉴클레오타이드 서열을 4개의 알파벳으로 표기하면 교과서 4분의 1쪽을 차지하는데, 인간 유전체의 DNA 서열을 모두 표기하면, 책 천권 분량에 해당한다고 한다.