DNA[deoxyribonucleic acid]

[참사랑]

DNA[deoxyribonucleic acid]

• 1.DNA 분자구조
• 2.DNA 복제

                 

   

자연에 존재하는 2종류의 핵산 중에서 디옥시리보오스를 가지고 있는 핵산으로, 유전자의 본체를 이룬다.

DNA가 유전물질이라는 것은 20세기에 들어서야 밝혀졌으며, 이전까지는 염색체의 단백질 안에 유전정보가 들어 있을 것으로 믿었다. 영국의 세균학자 프레드 그리피스가 S형 폐렴균은 생쥐에 폐렴을 일으키고 R형 폐렴균은 감염성을 잃어버린다는 것을 알아낸 것을 계기로, 열을 가해 죽인 S형 폐렴균은 생쥐에 주입하였을 경우 감염성이 없었으나, 살아 있는 R형과 열을 가해 죽인 S형 폐렴균을 섞어서 쥐에 주입하였을 경우 폐렴에 감염된다는 것을 발견하였다. 이에 생쥐를 죽인 S형의 어떤 물질, 즉 '형질전환 물질'이 R형을 S형으로 형질전환시켜서  폐렴에 감염된다는 것을 밝혀냈다.

DNA가 유전정보의 매개체로 작용한다고 하는 실험은 1944년 미국의 오즈월드 에이버리 등에 의해 수행되었다. 에이버리 등은 이러한 그리피스의 실험을 기초로 하여 S형의 DNA가 비감염성 R형의 DNA에 전이되어 감염성 S형으로 형질전환이 된다는 것을 확인하였다.

1950년에 앨프리드 허시와 체이스는 대장균에 감염하는 박테리오파지를 이용한 실험을 통하여 DNA가 유전물질임을 결정적으로 밝히게 되었다. 파지는 DNA와 단백질로 이루어진 바이러스로 숙주인 대장균을 감염시켜서 새로운 파지들을 만들어낸다. 이러한 사실을 기초로 허시와 체이스는 2가지 종류의 파지를 준비했다. 한 종류는 방사선 동위원소로 파지의 단백질을 표지하고 다른 종류는 파지의 DNA를 표지했다. 이들 파지를 각각 대장균에 감염시킨 후 방사선 동위원소의 위치를 확인한 결과, 숙주의 체내로 들어가서 새로운 파지를 만드는 유전물질은 DNA임을 확인하였다. DNA는 거의 모든 생물의 유전물질이지만, 레트로바이러스와 같은 여러 종류의 바이러스들은 유전물질로 DNA 대신 RNA를 갖고 있다.

1. DNA 분자구조

DNA의 분자구조는 1953년 미국의 제임스 왓슨과 영국의 프랜시스 크릭에 의해 해명되었다. 이 구조는 2중나선(二重螺旋:double helix) 구조로서, 뉴클레오티드의 기다란 사슬 두 가닥이 새끼줄처럼 꼬여 있다. 이 구조는 마치 사다리를 비틀어서 꼬아놓은 것과 같은 것이라고도 할 수 있는데, 가령 이 새끼줄과 같은 2중나선을 똑바로 펴면 다음과 같은 구조가 된다.


여기서 A, G, C, T는 아데닌(Adenine), 구아닌(Guanine), 사이토신(Cytosine), 타이민(Thymine) 4종의 염기를 표시하고, S는 디옥시리보오스를, 그리고 P는 인산을 나타낸다. 사다리의 두 다리는 디옥시리보오스와 인산의 연결(-S-P-S-P…)에 해당하고, 사다리의 발판은 두 다리에서 직각으로 뻗어나와 서로 마주보고 있는 염기에 해당한다고 할 수 있다.

위의 구조에서 A와 T, 그리고 G와 C는 서로 짝을 이루고 있는데 그들 사이의 점선은 이 두 염기 사이에 형성된 약한 결합인 수소결합을 의미한다. A와 T 사이에는 두 곳에서 수소결합이 형성되어 있고, G와 C 사이에는 세 곳에서 형성되어 있다. 이 수소결합으로 2개의 서로 마주보는 염기가 붙들려 있으므로 사다리의 두 다리 또는 새끼의 두 가닥이 서로 붙들려 있게 된다.

DNA의 2중나선 구조에서 A는 반드시 T와, 그리고 G는 반드시 C와 마주보고 있다. 그 이유는 이 4종의 염기의 화학구조 때문인데 이렇게 짝지었을 때 비로소 두 가닥이 일정한 간격을 가지고 2중나선 구조를 유지할 수 있는 것이다.

따라서 DNA를 그 성분 뉴클레오티드로 완전히 분해한 다음 4종의 염기의 함량비를 측정해 보면 A의 함량(mol)은 T와 똑같고 G의 함량은 C와 똑같다. 이 A-T, G-C의 짝짓기는 DNA가 유전자로서의 기능을 나타내는 데 매우 중요한 의미가 있다. DNA의 2중나선 구조에서 나선의 한 바퀴 수직길이는 3.4nm(1nm〓1×10^-m)이고 뉴클레오티드 10개가 나선 한 바퀴를 형성한다. 나선의 지름은 2nm이다.

2. DNA 복제

DNA가 단백질의 아미노산 배열순서를 결정하는 것은 먼저 DNA 2중나선의 일부분이 풀리고, 풀린 두 외가닥 사슬의 어느 한쪽 사슬에서 전령 RNA(messenger RNA:mRNA)가 만들어진다. 이 mRNA는 DNA와 마찬가지로 염기-펜토오스-인산으로 된 뉴클레오티드의 기다란 연결체인데 펜토오스가 리보오스이며, 염기의 종류가 A,G,C 그리고 U(DNA의 T 대신 U이다)인 점이 다르다. 또 DNA처럼 2중나선이 아니고 외가닥 사슬로만 존재한다.

DNA의 한 쪽 가닥 위에서 만들어진 mRNA는 그 염기의 배열순서가 DNA에 의하여 결정된다. mRNA에서는 DNA의 T 대신 U가 있기 때문에 DNA의 염기의 배열순서가 가령 ATCGGCAAT…라면 거기서 만들어지는 mRNA의 염기 배열순서는 UAGCCGUUA…와 같이 된다. 즉, mRNA는 DNA라고 하는 유전 정보를 충실히 반영한 음화(陰畵)라고 할 수 있다.

이 mRNA는 세포 속의 리보솜에 가서 자리를 잡으면, 또 하나의 RNA가 그 위에 와서 자리를 잡는다. 이 RNA는 아미노산을 운반하는 RNA라는 뜻에서 운반 RNA(transfer RNA:tRNA)라고 하는데, 그 종류는 20종이 알려져 있다. 이 tRNA는 그 분자의 한 쪽에 아미노산을 달고 있는데 한 종류의 tRNA는 한 종류의 아미노산만을 달 수 있다. 아미노산을 운반한 tRNA가 mRNA 위에 와서 닿으면 mRNA의 염기 배열순서가 자신의 염기 배열순서와 짝지을 수 있는 곳에 자리를 잡게 된다.

tRNA의 20종은 제각기 다른 염기 배열순서를 가지고 있기 때문에 mRNA 위의 짝지을 수 있는 자리를 찾아 붙으면 20종의 아미노산들이 쭉 한 줄로 늘어서게 되는데, 이때 이 아미노산들의 늘어선 순서는 mRNA의 염기 배열순서, 즉 DNA의 염기 배열순서에 의해 결정된다. 이와 같이 늘어선 아미노산들은 서로 펩티드결합을 형성하여 단백질 분자가 되고 이 단백질 분자가 바로 생물의 유전형질이 된다.
 

DNA는 이와 같이 하여 단백질의 종류를 결정하고 합성함으로써 유전자로서의 기능을 나타내는 것이다. 바이러스 중에서 매우 적은 예외를 제하고 모든 생물의 유전자는 모두 DNA이다. 그리고 미생물에서 볼 수 있는 약간의 예외를 제하고 DNA는 모두 2중나선구조를 하고 있다.출처:두산백과