[생명과학개론]DNA와 RNA - 유전물질과 단백질 합성

DNA와 RNA - 유전물질과 단백질 합성

원핵생물과 엽록체,미토콘드리아의 DNA는 폐쇄된 환상의 분자이며, 진핵생물의 DNA는 히스톤단백질과 함께 염색체내에 있다. DNA는 수십만개의 뉴클레오티드로 이루어진 긴 사슬 형태이다. 각 뉴클레오티드는 디옥시리보오스, 인산기 질소를 함유하고있는 4종류의 염기(아데닌, 구아닌, 시토신, 티아민)로 구성되어있다. 아데닌과 구아닌은 이중 환상구조를 가지는 퓨린이며, 티민과 시토신은 단일환상구조로 되어있는 피리미딘이다. 인산기와 디옥시리보오스 당 사이의 공유결합에 의해 뉴클레오티드들은 긴사슬을 이룬다. 

이러한 긴 사슬의 두가닥이 서로 꼬여 이중나선구조를 형성한다. 이 때, 디옥시리보오스 당과 인산기는 양쪽의 사다리를, 염기는 사다리의 계단을 형성한다. 두개의 염기가 하나의 계단을 만드는데, 아데닌은 티민과 이중수소결합을, 구아닌은 시토신과 삼중수소결합을 한다. DNA를 이루는 두가닥의 뉴클레오티들은 상보적인데 이러한 염기의 상보성이 DNA의 자기복제 기작을 가능하게 한다.

 

한 개의 세포가 두개의 딸세포로 분열하기 전에 모세포의 DNA가 복제되어 각 딸세포에게 똑같이 DNA를 나누어 준다. 먼저 헤리카아제 라고하는 효소와 개시단백질이 두 가닥 사이의 수소결합을 파괴하여 DNA의 이중나선을 벌려놓으면 DNA중합효소가 주형의 가닥에 상보적으로 새로운 가닥을 생성시켜 이중나선으로된 두 분자의 DNA가 생긴다. 이러한 복제를 반보존적 복제라고 한다.

 

DNA 복제 과정에서 자외선이나 화학물질등에 의한 오류가 일어나면 돌연변이가 생길 수 있다. DNA 중합효소는 정확하게 DNA를 복제하고, 오류가 생기면 스스로 그 오류를 제거한다. 손상된 DNA가닥은 DNA복구 뉴클레아제는 손상된 뉴클레오티드를 연결하고있는 당-인산 결합을 깨트려 손상된 부위를 잘라낸다. 그 뒤 DNA중합효소가 제거된 부위를 새로운 뉴클레오티드로 채우고, DNA 연결효소가 이를 연결, 틈을 봉합시킴으로써 DNA복구가 완료된다.

모든 단백질에 대한 유전정보는 뉴클레오티드 염기서열로 구성된 암호 형태로, 유전자에 들어있다. 3개의 염기가 4*4*4=64개의 암호로 20개의 아미노산을 충분히 명기하고, 이를 3중암호라고 한다. 대부분의 3중 암호는 아미노산 1개의 암호가 되지만 어떤 아미노산은 1개 이상의 3중암호, 몇 개는 아미노산의 암호로 되지 않고 대신 단백질 합성의 종결 신호가 된다.

 

단백질을 합성하는데에는 전령RNA(mRNA), 운반RAN(t RNA), 리보솜RNA(r RNA) 가 관여한다. 먼저 RNA중합효소가 프로모터 부위에 부착하여 나선이 풀려진 DNA를 따라 이동하면서 두 가닥 사이의 결합을 푼다. RNA중합효소가 DNA가닥을 따라 이동하면 전사되어 DNA가닥에 상보적인 m RNA가 생긴다. 단백질의 암호가 아닌 인트론을 제거하고 엑손으로 연결된 m RNA는 리보솜의 작은소단위체에 결합한다. 

리보솜의 큰 소단위체에는 M RNA에 상보적인 안티코돈 가진 T RNA가 개시코돈을 시작으로 결합한다. 또 다른 한쪽에는 아미노산을 달고있는 T RNA들이 일시적으로 리보솜에 부착하고 리보솜이 M RNA분자를 따라 이동할 때 아미노산 사이에 펩티드 결합이 일어나 폴리펩티드로 된다. M RNA가 종료 코돈에 도달하면 단백질과 마지막 T RNA가 방출되고, 리보솜의 소단위체들이 분리되면서 해독작용이 끝난다. 종에 따라 세포가 갖고 있는 DNA 양에는 상당한 차이가 있고, 각 개체는 DNA 지문으로 구별할 수 있는 독특한 양상의 DNA단편을 가지고있다. 이를 이용하여 우리는 범죄 수사에서 많은 도움을 얻기도 한다.