목차
1. DNA의 정의
세포의 핵 속에는 두 종류의 핵산(nucleic acid)이 있는데 이 둘 중 핵산을 구성하는 기본 구조인 리보오스(ribose)의 2번 탄소에서 산소원자 하나가 제거된(deoxy-) 형태의 핵산이 바로 DNA입니다. 그래서 DNA는 deoxyribonucleic acid 라는 단어의 줄임말인데 이는 핵산에서 산소원자를 뺀 것이라는 영어 단어를 줄인것입니다. 우리말로는 따로 한 단어로 표현할 말이 없기 때문에 ‘디옥시리보핵산’이라 영어 그 자체로 명명해서 부르고 있습니다.
세포의 두종류의 핵산 중 기본구성이 DNA면 나머지 한 종류는 2번 탄소의 산소원자가 그대로 있는 RNA (ribonucleic acid)입니다. 생물의 종류에 따라 다른 경우도 있지만 대부분은 DNA 는 유전정보를 보관하고 이어가는 역할을 하는데 쓰이고 RNA는 유전정보를 발현하여서 단백질을 만드는 과정에서 이용됩니다. DNA는 대부분 생물들의 유전물질로 사용되고 있지만 RNA는 바이러스의 유전물질로 사용되기도 합니다.
2. DNA의 발견역사
1953년 제임스 왓슨(James Watson)과 프란시스 크릭(Francis Crick)에 의해 DNA의 구조가 이중나선으로 되어 있다는 것이 공식적으로 알려졌습니다. 하지만 이미 그 이전에 DNA 분자 자체와 화학정 조성이 발견되어서 각각 이름이 붙여지고 불리워지고 있었습니다. 사람의 백혈구 세포핵 속의 단백질이 아닌 물질 중에서 인(phosphorus)을 포함하고 있는 물질을 1871년 스위스의 생리학자 요하네스 프리드리히 미셔(Johannes Friedrich Miescher)가 발견하고 뉴클레인(nuclein)이라고 이름을 붙였습니다. 그 뒤로 이것의 이름을 핵산(nucleic acid)으로 정정한 이는 리처드 알트만(Richard Altmann)이었고 그 이후 점차 정밀한 연구가 거친 후에 화학적 구성이 확실하게 알려진 뒤 DNA와 RNA로 이름이 확정되어 불리어 지게 된 것입니다. 훤씬 이전 1878년 호염기성 염료인 아닐린(aniline)으로 세포 염색 실험을 통해 핵 속의 실 모양으로 진하게 염색되는 모습을 보고 이를 염색체(chromosome)라 부른 이가 독일의 생물학자 발터 플레밍(Walther Flemming)이었습니다. 이후 이 염색체에 유전물질까지 포함되고 있다는 것이 밝혀지게 되었고 염색체는 DNA와 이에 결합한 단백질드의 혼합물이라는 것을 알게 되었습니다. 20세기 초까지만 해도 염색체의 중요한 두가지 요소인 단백질과 DNA 중에 단백질이 유전자를 구성하는 물질이라고 추측하기만 했었습니다.
DNA를 구성하고 있는 아데닌(Adenine, A), 구아닌(Guanine, G), 사이토신(Cytosine, C), 타이민(Thymine, T)의 네 가지 물질로만으로는 유전정보에 사용되고 있다는 것이 너무 간단해서 말도 안된다고 생각했고 단백질은 20가지 아미노산의 복잡하고 다양한 조합으로 되어 있어서 유전현상을 설명하기에 더 잘 맞는다고 생각이 들었기 때문입니다. 하지만 그 이후 여러 실험들을 통해 DNA가 유전물질을 포함하는 분자라는 사실을 증명하게 되었는데 1952년 뉴욕 콜드스프링 하버 연구소(Cold Spring Harbor Laboratory)의 알프레드 허쉬(Alfred Hershey)와 마사 체이스(Martha Chase)의 박테리오파지(bacteriophage) 감염 실험이 바로 그것입니다.
3. DNA의 구조
DNA와 RNA는 모두 선형중합체(polynucleotide)로 구성된 모양입니다. 뉴클로에타이드(nucleotide)를 기본 골격으로 하는 모양인데요. 뉴클로에타이드는 같은 양의 염기(base), 당(sugar), 인산(phosphate) 분자가 서로 공유하며 결합되어 있는 모습으로 구성되어 있습니다. 당은 5탄당인 리보오스(ribose) 입니다.
뉴클레오타이드의 당이 서로 인산디에스터(phosphodiester) 결합으로 만들어지는데 뉴클레오타이드의 리보오스를 구성하는 3번 탄소의 수산화기(3’-OH)가 인산기(phosphate)에 연결되고 이 인산기는 다음 뉴클레오타이드의 리보오스를 구성하는 5번 탄소의 수산화기(5’-OH)에 연결되는 형태를 말합니다.
뉴클레오타이드(nucleotide)를 기본 골격으로 하는 선형 중합체(polynucleotide)로 구성되어 있다. 뉴클레오타이드는 동량의 염기(base), 당(sugar), 인산(phosphate) 분자가 공유결합된 형태로 구성되어 있다 (그림 1). 여기서 당은 5탄당인 리보오스(ribose)이다. 두 가닥의 뉴클레오타이드 선형 중합체가 서로 반대 방향(antiparallel)으로 놓여진 채 염기 간 안정한 수소결합(hydrogen bond)을 형성하면서 이중가닥의 나선 구조를 형성하는 것이 DNA의 화학적 구조입니다.
그리고 DNA와 RNA 모두 네 종류의 염기로 되어 있는데 DNA는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 타이민(T)을 포함하고 있는데, RNA는 타이민 대신에 유라실(Uracil, U)을 가지고 있습니다. 퓨린(purine) 염기에 해당하는 물질은 아데닌과 구아닌 이고 사이토신과 타이민, 유라실은 피리미딘(pyrimidine) 염기에 해당됩니다.