세포생물학(7)-핵산

폴리펩티드의 1차 구조를 결정하는 것은 유전자로 알려진 유전 단위에 의해 프로그래밍화 되어 있다. 유전자를 구성하는 DNA는 핵산이란 화합물로 이루어져 있고 RNA는 DNA에 의해 전사되어 최종적으로 단백질을 합성하게 된다. DNA, RNA를 이루는 기본 단위체에 대해 알아보자. 각각 오탄당 한 분자에 염기 한분자, 인산기가 붙어있는 구조이다. 인산기, 오탄당, 염기의 순으로 결합되어 있는데 오탄당부터 염기까지는 뉴클레오시드라 부르며, 인산기까지 포함하면 뉴클레오티드라고 부른다. DNA와 RNA를 구성하는 오탄당과 염기는 각각 다른 부분이 있는데, 우선 DNA는 오탄당으로 2번 탄소에 수산화기 대신 수소가 결합되어 있는 디옥시 리보오스를 갖고 염기로는 퓨린계열의 아데닌, 구아닌, 피리미딘 계열의 시토신, 티민을 갖는다.

RNA는 오탄당으로 리보오스를 갖고 염기로는 퓨린계열의 아데닌, 구아닌, 피리미딘 계열의 우라실, 시토신을 갖는다. 뉴클레오티드와 디옥시 뉴클레오티드는 중합체를 이룬다. RNA는 뉴클레오티드 삼인산이 인산다이에스테르 결합을 통해 일렬로 배열되어 있는 구조이고, 5탄소 말단부터 3탄소 말단 방향으로 합성된다. 염기 배열에 따라서 단백질로 번역될 정보가 들어 있기도 하고, RNA 자체가 효소로 작용하기도 한다. 이 부분은 분자생물학에서 심도 있게 다뤄보기로 하자. 또한 RNA는 리보오스의 2탄소에 붙어있는 수산화기 때문에 알칼리 조건에서 쉽게 분해되는 특성을 갖고 있다. 일렬로 배열된 RNA는 스스로 2차 구조, 3차 구조로 접힐 수 있다. DNA의 특징에 대해 말해보자. 디옥시 리보 뉴클레오티드 삼인산이 인산다이에스테르 결합을 통해 일렬로 배열된 구조이고, 다른 DNA 가닥을 주형으로 5번 탄소 말단에서 3번 탄소 말단 방향으로 합성된다. 염기 배열에 따라 RNA로 전사될 유전 정보가 들어있다. 두 가닥이 서로 역평행 구조를 형성해 이중가닥을 이룬다. 이때 염기가 안쪽으로 놓이고, 인산기가 밖으로 노출된다. 염기들 사이에 수소결합이 형성되는데, 아데닌은 티민과 수소 이중결합을 형성하고, 구아닌은 시토신과 수소 삼중결합을 형성한다. 또, 판구조의 염기들이 서로 평행하게 쌓여 소수성 결합을 형성해서 물 분자들이 안으로 침투하기 어렵다.

DNA는 RNA에 비해 매우 안정한 구조인데 그 요인들을 몇 가지 들어보겠다. 일단 DNA는 이중가닥이기 때문에 한 가닥의 염기가 변형되어도 상보적 염기를 통해 수선이 가능하다. 또, RNA는 우라실과 시토신 염기 사이에 상호 전환이 쉽게 일어나는 방면, DNA는 우라실 대신 티민 염기를 사용해 염기가 바뀔 확률을 낮춘다. 산, 염기 조건에선 이중 가닥이 쉽게 벌어질 가능성이 있으나, 디옥시 리보오스의 2번 탄소는 반응성이 큰 수산화기 대신 수소가 붙어있기 때문에 쉽게 분해되지 않는다.