생로병사의 비밀, 단백질 입문-DNA, RNA

[vicfalls]

생로병사의 비밀, 단백질입문-DNA와 RNA

사슬 형태의 지방산(Fatty acid) 분자 모형ⓒPapa

핵산의 결합 구조

DNA의 구조

RNA의 구조

DNA X-ray 실험 방법

X-ray로 촬영한 DNA

왓슨과 크릭이 처음으로 제안한 DNA 모형

샤가프의 법칙아데닌 양과 티민의 양이 같아야 하고 시토신 양과 구아닌의 양이 같아야 한다는 법칙으로, 오스트리아의 화학자 에르빈 샤가프(Erwin Chargaff)에 의해 발견되었다. 이와 같은 1:1 비율의 패턴은 DNA의 두 가닥 모두에서 발견된다.그림 출처 : 『생명은 어떻게 작동하는가 - DNA에서 단백질 합성까지』 (217쪽~230쪽)

단백질은 아미노산의 연결사슬이며, 핵산은 뉴클레오타이드의 연결사슬 구조이다.

아데닌과 티민, 구아닌과 시토신의 수소결합

뉴클레오타이드 = 인산 + 리보스 + 염기

탈수중합반응으로 인산이 리보스, 디옥시리보스와 결합하고, 염기는 RNA → A, G, C, U 그리고 DNA → A, G, C, T이다.

DNA 이중나선의 인산에 의한 공유결합과 염기 사이의 수소 결합

『생명은 어떻게 작동하는가』박문호(지은이)ㅣ김영사ㅣ2019

호모 사피엔스. 우리 인류가 30% 암으로 죽는다. 이 문제를 세포 레벨에서 알아야겠다. 한마디로, 단백질. 단백질을 이해하면 암을 이해하게 된다. 세포의 생명 현상의90%를 이해하게 된다. 노화와 죽음은 단백질의 생성과 분해 과정에 균형이 깨진 것이다. 라고 2004년 노벨화학상의 아론치 하노버가 말했다. 단백질과 아미노산을 누구나 들어 봤는데, 왜 우리가 노화와 죽음,암과 연결을 못했는가. 그것은 개념을 처음 잡을 때 혼선을 일으켰던 것이다. 중딩 때 3대 영양소. 탄수화물, 지방, 단백질을 배우는데 이것들을 한 번에 묶어서 구별이 안 된 것이다. 사이즈 면에서 단백질은 천배 이상 크며 중요하다. 이 세가지가 상호 작용을 해서 혼선이 다중으로 일어났다. 먼저 이 세 가지를 분리 작업하고 다음 각각의 실체를 define해야 암, 노화,죽음을 이해하게 될 것이다. 단백질이다,지방이다, 탄수화물이다로 접근하지 말고 한 발 물러서서 이게 물질이니, 원자로 되어 있지 않겠는가. 원자 레벨에서 보자. 먼저, 지방.생물학적 용어로 탄화수소. 99% 탄소와 수소 두 원자로 되어 있다. 다음, 탄수화물. 탄소 ,수소에 산소가 붙으면 탄수화물. 단백질은 새로운 원자, 질소를 더한 것이다. 여기서 별과 가장 가까운 것은 ? 별에서는 항상 탄소가 나타난다. 따라서 생명은 카본(C)으로 이루어졌다. 화학은 유기화학, 무기화학으로 나뉜다. 나무든, 동물이든, 생명체의 관한 한 세월이 지나면(약 1000년 쯤) 모든 것이 까맣게 바뀐다. 왜냐하면 지방질은 탄화수소. 수소는 가벼워 날아가버리고, 탄수화물. 탄소, 수소, 산소 중 산소는 다른 물질과 결합이 잘 돼서 또 나가버리고따라서, 생명체는 탄소로 되어있다 하는 것이다. 생명현상은 썩는다는 것과 동반되었다. 암모니아가 있다. NH3. 단백질에서 온 것. 고약한 냄새의 기원은 질소. 생명이 죽고 썩을 때 질소로부터 암모니아가 나오고 냄새가 나는 것이다. 까맣게 변한 덩어리를 석탄이라 한다. 석탄은 고생대 양치식물이 대부분이다. 석탄이 왜 검은가. 생명체는 핵심이 카본(탄소)이기 때문이다. 석유 석탄이 유기화학.
지질.(lipids)은 액체, 고체 상태가 있다. 오래 놔두면 신 내가 나는데 산성으로 바뀌기 때문이다. Fatty acid. 인체의 대부분 중성지방은 글리세롤과 세 개의 지방산으로 구성.
지질은 구조상 선형(사슬)
탄수화물은 선형이거나 고리 형태이다. 고리가 삼각형 사각형 오각형 육각형이 있는데, 오각형 육각형이 99%. 탄수화물 오각형 육각형이 결합되어 DNA, RNA가 만들어진다. 즉 DNA, RNA는 탄수화물의 부분집합이다. 탄수화물 고리를 만들 때 5탄당 리보오스가 일층 기본 구조에 시토신,티민,우라실은 6탄당 리보오스와 각각 연결되고 아데닌, 구아닌은 6탄당,5탄당결합체의 리보오스와 이층 구조로 각각 연결된다. 그 연결이 종류에 따라 잘 끊어지는데, 아데닌의 경우 아민기가 세포의 돌연변이로 제일 잘 끊어진다. 이층 구조. 아데닌,구아닌,시토신, 티민인 염기의 독립 연결이 인산의 공유 결합으로 32억 개 모인 것을 DNA Single strand 라 한다. 단일가닥의 염기들끼리 아데닌과 티민의 이중수소결합, 시토신과 구아닌의 삼중수소결합으로 연결 되면 이중 나선 double strand이 된다.
혈합의 힘이 달라 PCR 기술에 이용(93년 케리 멀리스 노벨화학상)
온도를 올리면 이중 수소결합이 먼저 분리 되고, 온도를 내리면 삼중 수소결합이 먼저 결합. 이 순서 차를 이용하는 것이다. PCR 기술이란 범죄수사에서 극소량의 샘플로 DNA를 찾아 짧은 시간 안에 기하급수적으로 증폭하는 기술.
정리해 보자. 지방과 탄수화물, 단백질을 중딩 때 배우는데, 생명은 90%가 단백질로 설명 될 수 있다. 지방, 탄수화물을 거쳐 가야한다
지방은 선형, 탄수화물 고리 형태에서 DNA, RNA 가 어떤 형태로 결합하는지까지 왔다.
선형이나 고리의 형태로는 효소작용을 설명하기 어렵다. 형태학적으로 입체여야 한다. 단백질은 1차 ~4차까지 만들어지는데 4차 입체 구조에서 촉매 활동. 즉, 효소작용을 하는 것이다. 생명현상은 단백질 입체 구조의 열쇠,자물쇠로 생각하면 된다.
20만 개 단백질 입체 구조를 AI를 통해 밝힐 수 있게 되어 2024년 노벨 물리학상을 수상한다.

DNA(디옥시리보핵산)와 RNA(리보핵산)는 생명체의 유전 정보를 저장하고 전달하는 핵산이지만, 몇 가지 중요한 차이가 있다.
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1. 구조적 차이
• DNA: 이중 나선(double helix) 구조로 되어 있으며, 안정성이 높아 유전 정보를 장기간 보존할 수 있다.
• RNA: 단일 가닥(single strand) 구조로 되어 있으며, 다양한 형태(mRNA, tRNA, rRNA)로 존재하며 단기적으로 기능을 수행한다.
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2. 당(Sugar) 차이
• DNA: 디옥시리보스(deoxyribose)를 포함하며, 산소 원자가 하나 적어 구조적으로 더 안정적이다.
• RNA: 리보스(ribose)를 포함하여 DNA보다 화학적으로 덜 안정적.
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3. 염기(Base) 차이
• DNA: 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C) 염기를 포함.
• RNA: 티민(T) 대신 유라실(U) 을 포함.
즉, RNA에서 아데닌(A)은 유라실(U)과 결합.
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4. 기능적 차이
• DNA: 유전 정보를 저장하며, 모든 생명체의 유. 전적 청사진 역할.
• RNA: 유전 정보의 전달 및 단백질 합성을 담당종류에 따라 역할이 다름.
• mRNA(전령 RNA): DNA 정보를 리보솜으로 전달
• tRNA(운반 RNA): 아미노산을 리보솜으로 운반
• rRNA(리보솜 RNA): 단백질 합성 과정에서 리보솜의 구성 요소로 작용
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5. 존재 위치
• DNA: 주로 세포핵(nucleus)에 위치하고 있으며, 미토콘드리아에도 일부 존재.
• RNA: 세포질(cytoplasm), 리보솜 등 다양한 곳에서 발견.
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6. 안정성 차이
• DNA: 구조적으로 안정적이며, 세포 내에서 수명이 길고 돌연변이가 적게 발생.
• RNA: 단일 가닥으로 불안정하여 쉽게 분해되며, 일시적인 기능 수행 후 제거.
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요약
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구분 DNA RNA
구조 이중 나선 단일 가닥
당 디옥시리보스 리보스
염기 A-T, G-C A-U, G-C
기능 유전 정보 저장 단백질 합성 및 유전 정보 전달
위치 세포핵, 미토콘드리아 세포질, 리보솜
안정성 매우 안정적 불안정, 쉽게 분해됨
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DNA는 유전 정보를 저장하는 역할을 하고,
RNA는 이 정보를 이용해 단백질을 합성하는 역할.