DNA 데옥시리보핵산

DNA 데옥시리보핵산

DAN란 무엇일까? 데옥시리보핵산의 약칭으로 DNA라고 하며 대부분의 생명체의 유전정보를 담고 있는 화학 물질의 일종입니다. 현대 분자생물학의 필수 요소이며, 생물학의 대표적인 이미지인 이중 나선구조의 주인공이라고 할 수 있습니다. 과연 DNA란 무엇이며 어떻게 발견되었는지 알아보도록 하겠습니다.

1. DNA의 발견

제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 실제 구조에서 겉과 속을 뒤집은 형태의 모형을 만들어서 DNA 구조를 발표했습니다. 이 모형은 소수성 염기가 물과 접촉하고 친수성 인산들이 안에 들어간 데다가 인산끼리 서로 반발하는 힘이 강하여 구조적으로 불안정하기 때문에 화학적으로 검증된 DNA의 안정성과는 배치되는 형태였습니다. 이들은 종이를 잘라 모형을 만들어 끼워 맞추다가 적절한 구조를 만들어내면, 나중에 누군가가 실험으로 증명할 것이라는 발상으로 시작되었습니다. 이는 관찰 및 실험으로 입증하 왓슨과 크릭은 DNA의 모형을 제대로 만들게 되며 이 과정에서 프랭클린의 지적에서 많은 힌트를 얻은 것으로 보입니다. DNA의 뼈대 부분이 바깥쪽에 있어야 한다고 지적한 것은 프랭클린이었습니다. 그들은 결정적인 증거자료를 프랭클린과 모리스 월킨스가 일한던 킹스 칼리지 런던 산하 연구소에서 얻게 됩니다. DNA 구조 발견 이후 왓슨과 크릭은 한 바이러스의 구조를 밝혀내는 추가 공동연구를 수행하기도 하였습니다. 크릭은 DNA-RNA-단백질 합성으로 이어지는 센트럴 도그마의 아이디어를 내놓았고 그와 관련한 지속적인 연구에 의해 분자 생물학계의 거장이 되었습니다.

2. DNA 구조

2-1 분자적 구조

DNA는 기본적으로 H(수소), C(탄소), N(질소), O(산소), P(인)로 이루어진 뉴클레오타이드의 사슬입니다. 뉴클레오타이드는 DNA의 기본 구성단위로 당, 염기, 인사기로 구성되어 있습니다. 인사기 는 DNA는 전체적으로 음전하를 띠고 있습니다. 뉴클레오 베이스는 염기, 뉴클레오사이드는 염기 +당+인산기를 의미합니다.
DNA는 RNA와 달리 당의 2번 탄소와 결합한 -OH에서 산소가 빠져 -H가 붙어있으며 결합하는 염기가 하나 다릅니다. DNA의 염기는 4종류로 A(아데닌), G(구아닌), C(사이토신), T(티민)가 있습니다. RNA는 T 대신 U(유라실)을 사용합니다. 당은 인산과는 5번 탄소에서 인산 에스터 결합을 하고 염기와는 1번 탄소에서 글리코시드 결합을 하는데 둘 다 물을 생성합니다. 뉴클레오티드는 다른 뉴클레오티드와 결합해서 DNA 단일가닥이 되는데, 한 뉴클레오티드의 인산기와 다른 뉴클레오티드 3번 탄소의 -OH가 인산디에스터 결합을 이룹니다. 이 반응이 계속되면서 사슬이 생깁니다. DNA는 이 염기로 정보를 저장합니다.

2-2 염기서열

DNA의 염기가 나열된 것을 염기서열이라고 부릅니다. DNA의 이중나선은 뉴클레오티드 사슬의 염기들이 다른 사슬의 염기들과 상보적으로 수소결합을 해서 생기는 구조입니다. A와 G는 퓨린기, C와 T는 피리미딘 기라고 부르며 상보적이라는 것은 퓨린과 피리미딘이 1:1로 결합하는 걸 말합니다. A는 T 하고만 결합하고 C는 G 하고만 결합합니다. 돌연변이가 생기는 원인 중 하나는 DNA 복제 과정에서 상보적이지 않은 염기끼리 대응되는 것입니다.

2-3 기하학적 구조

DNA가 이중나선을 이루면서 넓은 홈과 좁은 홈이 생깁니다. 넓은 홈은 넓어서 염기들이 많이 드러나 있어 정보량이 많습니다. 즉 염기를 인식하는 단백질들이 인식을 잘하게 되고 잘 붙을 수 있게 됩니다. 실제로 대부분의 단백질들은 넓은 홈에 결합합니다. DNA는 A형, B형, Z형 3종류의 형태가 있으며, 이중 B형이 왓슨-크릭 구조, 즉 DNA 연구를 할 때 기준이 되는 구조이며 A형과 Z형은 B형의 변이들이며 이들의 특징은 각기 다릅니다. B형은 우리가 알고 있는 DNA의 형태로, 높은 습도에서 형성되며 가장 안정한 형태입니다. 직경은 2nm이고 1회전당 길이는 3.4nm입니다. 나선의 회전 방향은 위에서 볼 때 반시계 방향이며, 나선의 1회전당 염기쌍은 10.5개입니다.