DNA

DNA란?

 

DNA는 뉴클레오타이드의 중합체로 이중나선 구조를 갖는 고분자화합물입니다. 세포핵에서 발견되며, 미토콘드리아 등 핵 이외의 세포 소기관도 독립된 DNA를 가질 수 있다. 이 DNA는 네 가닥의 뉴클레오타이드가 중합 과정을 통해 연결된 가닥으로 이루어져 있으며, 사이토신, 구아닌, 아데닌, 티민 등의 독특한 핵염기로 구성되고, 그 배열 방법에 따라 다양한 단백질이 만들어지며, 단백질의 특성에 따라 생물의 모양이나 특성 등이 결정된다.

 

DNA는 생물의 유전정보를 저장하고 전달하는 역할을 담당하며, 세포 분열 시에도 중요한 역할을 한다. DNA와 유전자의 다른 점은 유전자(Gene)는 데옥시리보핵산(DNA)의 한 부분으로, 특정 단백질을 생성하기 위한 코드를 포함하고 있고, DNA는 생물체의 유전 정보를 저장하고 전달하는 데 사용되는 분자이다.

DNA

DNA의 구조

 

DNA는 당(Deoxyribose), 인산(Phosphate), 염기(Base)로 뉴클레오티드가 기본 구성단위이며, 뉴클레오타이드는 디옥시리보스를 중심으로 한 쪽에는 인산염이 결합되어 있고 다른 한 쪽에는 4 종류의 핵염기 가운데 하나가 결합되어 있다. 디옥시리보스와 인산기가 중합 과정을 통해 사슬 한 가닥의 뼈대를 이루고 핵염기들이 서로 상보적인 수소 결합을 통해 염기쌍을 이루며 이중나선을 만든다. 세포 안에 자유롭게 떨어져 있는 뉴클레오티드들은 한쪽에 아데닌(Adenine), 구아닌(Guanine), 시토신(Cytosine), 티민(Thymine) 가운데 하나의 염기를 가지는데, 옆에는 자신과 짝이 되는 염기를 포함한 가닥과 한 줄로 나란히 늘어서 있다. 아데닌은 티민과 시토신은 구아닌과 서로 짝을 이루는데, 이때 나란히 배열되는 염기는 3개의 문자로 짝을 이루어 단백질을 구성하는 아미노산을 암호화한다. 그리고 이렇게 만들어진 아미노산이 여러 개 연결되어 복잡한 입체 구조를 가지는 것이 단백질이다. 이러한 DNA의 상보성은 한쪽만으로 상대편을 예측할 수 있음을 의미하게 된다. 이중나선 구조는 DNA의 기능을 수행하는데 필수적이다. 뉴클레오타이드의 핵염기는 유전정보를 저장하는데 수소 결합으로 유지되기 때문에 쉽게 풀렸다 닫힐 수 있다. 이 때문에 이중나선은 유전자 발현을 위해 일부분이 풀렸다가 닫힐 수도 있고 세포 분열 과정에서 완전히 풀리면서 복제될 수도 있다. 일부 또는 전체가 풀린 이중나선은 유전자 발현이 종료되거나 복제가 끝나면 다시 닫히게 된다. 한편 이 과정에서 일어나는 돌연변이는 진화의 원인이 된다.

DNA의 결한 구조

DNA의 발견과 발달사

 

DNA는 1869년 독일의 화학자 프리드리히 미셔가 박테리아에서 DNA라는 물질을 발견했지만, 당시에는 이 물질이 형질 유전에서 핵심적인 역할을 한다는 것은 전혀 알려지지 않았다. 1880년대에 독일의 발생학자 바이스만(1834-1914)은 현미경을 통해 요충의 세포가 분열하는 모습을 관찰하면서 유전을 결정하는 것이 세포핵 속에 들어있는 염색체라는 것을 처음 알아냈다.

 

1910년 미국의 유전학자 토머스 모건(1866-1945)이 흰색눈을 가진 초파리 돌연변이를 연구해 염색체가 유전에 관여한다는 사실을 확인했다. 모건은 이 공로로1933년 노벨생리의학상을 수상했다. 모건의 제자인 허먼 멀러(1890-1967)는 1927년 초파리 염색체에 X선을 쬐어 돌연변이를 일으킴으로써 스승의 연구를 뒷받침했다. 그 역시 1946년 노벨생리의학상을 수상했다. 1944년 록펠러의학연구소의 오스왈드 에이버리(1877-1955)가 DNA가 유전에 관여한다는 사실을 밝혀냈다. 그는 1920년대부터 당시 최대의 질병이었던 폐렴을 연구해 왔는데, 이를 옮기는 감염성 박테리아(S형)가 비감염성 박테리아(R형)를 변환시켜 감염성으로 만드는 과정에서 DNA가 관여함을 밝혀낸 것이다.

 

1994년 무렵 영국의 유기화학자 알렉산더 토드(1907-1997, 1957년 노벨화학상 수상)는 DNA가 인, 염기, 당(디옥시리보)으로 이뤄졌으며, 염기는 아데닌(A), 구아닌(G), 시토신(C), 티민(T)으로 이뤄졌음을 밝혔다. 1953년 4월 25일, 제임스 왓슨(1928-)과 프란시스 크릭(1916-)이 DNA X선 사진을 분석해 구조를 설명한 1쪽짜리 짧은 논문을 완성해 영국 과학잡지인 ‘네이처’에 실었다. 왓슨과 크릭, 그리고 윌킨스는 DNA 이중나선구조를 밝힌 공로로 1962년 노벨생리의학상을 수상했다.

 

DNA의 기능

 

DNA는 디옥시리보핵산(DNA)의 줄임말로, 생물의 유전 정보를 저장하고 전달하는 역할을 한다. DNA는 유전체의 기본 구성 요소이며, 모든 생물의 세포 안에 존재하는 분자이다. DNA의 주요 기능은 다음과 같다.

 

유전 정보 저장: DNA는 생물체의 유전 정보를 저장하는 역할을 한다. 이 정보는 생물체가 성장, 발달, 기능 수행 등을 하기 위해 필요한 모든 지침을 포함하고 있는데, DNA 안에는 단백질을 만드는데 필요한 유전적 코드가 들어있어서, 생물체가 필요한 단백질을 생성할 수 있게 한다.

 

유전자 발현: DNA 안에는 유전자가 위치해 있으며, 유전자는 특정 단백질이나 RNA를 만들기 위한 정보를 가지고 있다. 이러한 유전자가 발현되면, 해당 단백질이나 RNA 분자가 생성되고, 이를 통해 생물체는 다양한 생리적 기능을 수행할 수 있다.

 

유전 정보 복제: 세포 분열과정에서 DNA는 정확하게 복제되어 새로운 세포에 전달됩니다. 이 과정은 DNA의 두 개의 염기서열이 나눠져서 새로운 DNA 두 가닥이 형성되는 과정으로, 이 복제 과정을 통해 유전 정보가 자손 세포에 전달되며, 그들도 이전의 유전 정보를 기반으로 발달하고 성장한다.

 

돌연변이 발생: DNA는 유전적 다양성을 생성하는 주요 원인 중 하나이다. 돌연변이는 DNA 염기서열의 작은 변경으로 발생할 수 있는데, 이러한 변이는 종종 새로운 형질이나 특성을 생성하거나, 환경 변화에 대한 적응력을 제공할 수 있다.

 

유전 정보 전달: 부모로부터 자손으로 유전 정보를 전달하는 역할을 한다. 부모의 DNA가 자식에게 전달되므로, 자손은 부모의 유전적 특성을 일부 상속받고, 이를 통해 유전적으로 다양한 형질과 특성이 세대 간에 전달된다.

 

유전적 다양성 제공: DNA의 염기서열은 생물종 내에서 다양한 형태와 특성을 생성하도록 해 준다. 이 다양성은 종 내에서 적응력과 다양성을 유지하며, 종의 생존과 진화에 중요한 역할을 한다.

 

글을 마치며...

 

모든 생명체가 DNA를 가지고 있기 때문에 자손을 번식할 수 있고 종이 끊어지지 않고 유지될 수 있는 것을 우리는 잘 안다. 현대에는 유전 공학 기술이 발달하여 복제 기술이 생겨났고 심지어는 사람까지 복제하려는 시도가 이뤄지고 있다는 사실을 우리는 알고 있다. 그러나 생명의 복제는 도덕과 윤리의 문제가 관련되어 있기 때문에 생명을 복제하는 것은 신의 영역이라는 전통적인 믿음과 충돌되기도 한다. 중요한 것은 유전 공학의 발달에 따르는 기술발전이 도덕과 윤리적인 면에서 정당하게 인간과 생물계에 적용되어야 한다는 것이다. 앞으로 유전 공학이 어떻게 발달할지 자못 궁금하다.

 

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