DNA

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DNA의 이중나선 구조와 복제

데옥시리보 핵산(-核酸, Deoxyribonucleic acid, DNA, 디옥시리보핵산?)는 핵산의 일종이며, 주로 세포의 핵 안에서 생물유전 정보를 보관하는 물질이다. DNA의 주 기능은 장기간에 걸친 정보저장이다. 결합되어 있는 핵염기에 의해 구분되는 네 종류의 뉴클레오타이드가 중합되어 이중 나선 구조를 이룬다.

역사[편집]

DNA는 스위스의 프리드리히 미셔(Friedrich Miescher)에 의해 1869년에 처음 발견되었다. 세포(nucleus) 안에서 발견되었기 때문에, DNA는 처음에 뉴클레인(nuclein)이라고 명명되었었다.[1] DNA가 처음 발견되었을 때는, DNA가 아닌 단백질이 유전물질일 것으로 추정되었다. [출처 필요] (참고 : 단백질은 유전형질을 결정하나, 단백질을 설계한 정보를 암호화하여 저장하고있는것은 DNA이므로 위의 추정은 훗날 거짓으로 밝혀진다.)

1944년 오즈월드 에이버리(Oswald Avery)및 그의 동료들의 실험을 통해 DNA가 유전 정보를 보관하는 물질일 것으로 추정되었으며, 이들의 이러한 추측은 1952년 알프레드 허시(Alfred Hershey)와 마사 체이스(Martha Chase)의 허시-체이스 실험을 통해 확정되었다.[2] [3]DNA의 이중나선 구조는 제임스 왓슨프랜시스 크릭이 1953년 네이처지에 실은 논문에서 처음으로 밝혀졌다. [4]

구조[편집]

왼쪽에서 오른쪽으로, A, B, Z-DNA의 구조를 보여주고 있다.

DNA는 나선구조를 이루는 뼈대(Backbone chain)와 핵염기(Nucleobase)로 구성되어 있다. 뼈대단당류디옥시리보스(Deoxyribose)에 인산기(Phosphate)가 결합되어 긴 사슬과 같은 형태를 띄고 있다. 염기에는 퓨린(purine)과 피리미딘(pyrimidine)의 두가지 종류가 있으며, 퓨린에는 다시 아데닌(Adenine; A)과 구아닌(Guanine; G)의 두 가지가 존재하고, 피리미딘에는 시토신(cytosine; C), 티민(thymine; T), 우라실(uracil; U)의 세 가지가 존재한다. 이 중 우라실은 DNA에는 존재하지 않으며, RNA에만 존재하는 염기이다. DNA가 이중나선을 이루고 있을 때, 각각의 퓨린은 하나의 피리미딘과 수소 결합을 통해 결합한다. 즉, A와 T, G와 C가 항상 짝을 이루어 존재하게 된다. 이러한 수소 결합은 DNA의 이중 나선구조를 안정하게 만들어 주는 힘이다. 이 때, G와 C의 결합 사이에는 3개의 수소 결합이, A와 T의 결합에는 2개의 수소 결합이 존재하며, 따라서 G와 C사이의 결합이 더 강하다.

이러한 염기쌍끼리의 결합을 DNA의 상보성이라고 부른다. 이러한 상보성은 DNA의 정보 저장, 복제, 전사 등에 기여한다.

DNA는 일반적으로 알려진 이중 나선 구조인 B-DNA 이외에 더욱 빽빽하게 꼬인 상태인 A-DNA나 오른쪽으로 꼬인 B-DNA와는 달리 왼쪽으로 꼬인 형태인 Z-DNA의 구조로도 존재한다. 그러나 A-DNA와 Z-DNA는 주로 특수한 상황에서만 나타나는 구조로, 보통의 DNA는 B-DNA의 형태를 띄고 있다.[5]

5'→3'[편집]

DNA의 뼈대에서 디옥시리보오스인산기가 연결된 방향을 5' 방향이라고 부르고 그 반대에 하이드록시기가 붙어있는 방향을 3' 방향이라고 부른다. 이 방향성은 DNA에 작용하는 효소에게 DNA의 방향을 가르쳐 주는 매우 중요한 요소이다. DNA 이중나선을 이루는 두 가닥의 DNA는 서로 반대 방향(Anti-parallel)으로 구성되어 있다. 즉, DNA 이중 나선을 그림 2.에서 처럼 세워 놓았을 때, 이중나선의 한 가닥이 위에서 아래 방향이 5'→3' 방향이라면, 나머지 한 가닥은 반대 방향인 아래에서 위 방향이 5'→3' 방향이다.

복제[편집]

  1. DNA의 각 가닥이 따로 풀린다. 각 가닥은 상보적인 결합이 가능하므로, 새로운 DNA 분자의 완전한 바탕이 될 수 있다.
  2. DNA중합효소가 상보적으로 결합할 수 있는 뉴클레오타이드들 사이에 수소결합을 만들어 새로운 나선구조를 합성한다. 이때 새롭게 형성되는 가닥은 반드시 5'방향에서 3'방향으로 합성된다.
  3. DNA 중합효소 복합체가 인식할 수 있는 특정 부위가 DNA상에 존재하므로, DNA 복제는 DNA의 특별한 부위(origin of replication)들에서 시작한다.
    1. 결합한 DNA중합효소 복합체는 ‘거품’(복제방울)을 만들면서 원래 DNA를 양쪽으로 풀어나가며 새로운 DNA분자를 합성한다.
    2. 생겨난 새로운 DNA는 원본이 된 DNA와 결합하여 거품의 '안쪽'에서 다시 나선구조를 형성한다.
  4. 복제가 끝난 뒤에는 두 DNA 이중나선이 생긴다.

같이 보기[편집]

주석[편집]

  1. Dahm R (2008년 January월). Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research. 《Hum. Genet.》 122 (6): 565–81. PMID 17901982. doi:10.1007/s00439-007-0433-0.
  2. Avery O, MacLeod C, McCarty M (1944년). Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types. Inductions of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from pneumococcus type III. 《J Exp Med》 79 (2): 137–158. doi:10.1084/jem.79.2.137.
  3. Hershey A, Chase M (1952년). Independent functions of viral protein and nucleic acid in growth of bacteriophage (PDF). 《J Gen Physiol》 36 (1): 39–56. PMID 12981234. doi:10.1085/jgp.36.1.39.
  4. Watson J.D. and Crick F.H.C. (1953년). A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (PDF). 《Nature》 171: 737–738. PMID 13054692. doi:10.1038/171737a0.
  5. Ghosh A, Bansal M (2003년). A glossary of DNA structures from A to Z. 《Acta Crystallogr D Biol Crystallogr》 59 (Pt 4): 620–6. PMID 12657780. doi:10.1107/S0907444903003251.

바깥 고리[편집]