핵산 (화합물) [核酸, nucleic acid]

[주는기쁨]

핵산 (화합물)  [核酸, nucleic acid]

살아 있는 세포의 유전물질을 구성하는 물질

핵산은 단백질의 합성경로를 조종하고 모든 세포의 활동을 조절한다.

더욱이 한 세대에서 다음 세대로 핵산이 전달되어 유전형질의 전달체가 된다.

핵산 분자는 뉴클레오티드라는 반복되는 구조단위로 이루어진 긴 사슬이다. 뉴클레오티드는 중앙에 있는 당(糖)과 거기에 결합된 인산기와 질소유기염기로 이루어지는데 간단히 질소 염기와 인산기가 서로 수직으로 위치한다고 보면 된다. 핵산 분자의 골격은 한 뉴클레오티드의 당과 다른 뉴클레오티드의 인산기가 결합하여 형성되며, 질소 염기는 골격에서 돌출되어 있다. 핵산에는 리보핵산(ribonucleic acid/RNA)과 디옥시리보핵산(deoxyribonucleic acid/DNA) 두 종류가 있는데 RNA의 당은 리보오스이고 DNA의 당은 디옥시리보오스로 서로 다르다. 이들은 질소 염기도 다른데, DNA와 RNA 모두 질소 염기로 아데닌(A)·구아닌(G)·시토신(C)을 갖지만, 우라실(U)은 RNA에서만 발견되고 티민(T)은 DNA에만 있다. 또한 RNA는 부수적으로 색다른 염기를 약간씩 포함하고 있을 때가 있다. DNA는 세균과 남조류를 포함한 모든 세포에 있는 염색체의 주요성분이다. DNA는 또한 세포 내 기관인 미토콘드리아와 엽록체에도 존재한다. RNA는 보통 세포의 핵과 세포질에 모두 존재하며 대부분의 세포질 RNA는 단백질 합성부위인 리보솜에 있다. 바이러스는 RNA나 DNA의 단일분자의 핵산만을 함유한다. DNA의 생물학적 기능은 유전정보를 보존하고 전달하는 것으로 유전정보는 DNA의 염기 순서에 의해 암호화된다(→ 유전암호). 1953년 J. D. 웟슨과 F. H. C. 크릭은 DNA 분자가 폴리뉴클레오티드의 두 가닥 사슬이 서로 감아돌며 꼬여 이중나선을 형성하고 있다고 발표했다. 이 구조에서 한 사슬의 염기는 다른 사슬의 상응되는 염기와 수소결합에 의해 약하게 연결되어 있다고 했는데 아데닌은 티민과 짝을 이루고 시토신은 구아닌과 짝을 이룬다. 전반적인 배치는 양 기둥이 당과 인산기로 이루어지고 가운데 염기가 쌍을 이루어, 마치 사다리가 뒤틀어진 모습을 하고 있다.

 

윗슨-크릭의 모형은 어떻게 DNA가 암호화된 정보와 함께 세포의 한 세대에서 다음 세대로 전해지는가를 보여주는 데 도움이 된다. 세포분열에 앞서 이중가닥이 풀리고 분리된 각각의 가닥은 주형(鑄型)으로 작용하여 그것에 상보적인 새로운 가닥이 형성된다. 그러므로 한 분자의 DNA는 동일한 두 분자의 DNA를 형성한다. 각 분자는 본래의 DNA 한 가닥과 새로 합성된 한 가닥을 갖고 있다. 세포가 둘로 분열할 때 각 딸세포는 동일한 복제물 중 하나씩을 물려받는다. 또한 감수분열에 앞서 DNA복제가 일어나 정자와 난자 같은 성세포가 형성된다. 그러나 감수분열은 2번의 세포분열을 수반하여 각 정자와 난자는 원래 세포가 가진 DNA 양의 절반만 가지게 된다. 한 정자와 한 난자의 융합은 새로운 개체가 형성됨을 의미한다. 이 새 생명체는 완전한 양의 DNA를 갖는데, 반은 웅성(雄性) 어버이에게서 받고 반은 자성(雌性) 어버이에게서 받은 것이다.

DNA분자는 유전적 기능과 구조 형태가 같지만 RNA분자들은 여러 가지 기능을 수행하고, 그들의 특성도 서로 다르다. RNA는 세포에서 3가지 형태로 존재하는데 모두 단백질 합성에 참여한다. 전령RNA(messenger ribonucleic acid/mRNA)는 DNA로부터 리보솜으로 유전정보를 전달하는 한 가닥의 분자이다. mRNA는 전사에 의해 형성되며 이 과정에서 DNA분자의 두 가닥이 부분적으로 풀려 질소염기가 노출된다. 풀린 DNA의 한 가닥을 따라 상보적인 RNA 가닥이 형성되는데 이 mRNA는 특정 단백질을 합성하기 위한 DNA의 지령을 가지고 있다. 이 mRNA 분자는 DNA 주형으로부터 떨어져나와 리보솜으로 이동한다. 리보솜은 다양한 단백질과 리보솜RNA(ribosomal ribonucleic acid/rRNA)로 구성되어 있다. rRNA의 정확한 기능은 불확실하나 이것이 없으면 단백질의 합성이 일어나지 않는다. 셋째 형태의 RNA는 운반RNA(transfer ribonucleic acid/tRNA)로서 mRNA의 적정 위치에 아미노산을 운반한다. 아미노산은 단백질의 구조적 구성요소이며, mRNA 분자 상의 일련의 세 염기가 하나의 특정 아미노산을 나타내는 암호로 작용한다. 이 3개의 염기서열은 코돈이라 한다. tRNA는 mRNA의 세 염기서열에 상보적인 안티코돈(anticodon)이라는 3개의 염기로 이루어진 서열을 가지고 있다. 이것은 운반할 아미노산을 구별하는 신호가 된다. 이 안티코돈들이 mRNA의 특정한 코돈들과 결합되어 아미노산들이 하나씩 서로 연결된다. 이와 같이 mRNA에 암호화된 지령에 따라 단백질이 합성되는 것을 해독이라 한다. 유전정보의 복제, 전사, 해독 과정에서 실수가 일어날 수 있는데 이러한 돌연변이는 DNA 구조의 변화로 자손의 세포에 전달된다. 하나의 염기가 교체될 수도 있고(염기치환), 하나 또는 그 이상의 염기가 더해지거나(삽입) 없어질 수도 있다(삭제).

 

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