2-2. DNA와 RNA의 구조(Feat. 샤가프의 법칙)

 

 

안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.

 

 

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텔로미어란?

염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,

염색체의 손상을 막아주는 역할을 함

 

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텔로머라제란?

텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소

노화를 방지하는 효소

 

 

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이번 포스트에서는 핵산(Nucleic Acid, NA)의 두 종류인 DNA와 RNA에 대해 설명드리겠습니다. 두 가지 모두 우리의 유전물질인 만큼, 각각 매우 중요한 역할을 하는데요. 각각이 우리 체내에서 어떻게 복제되고 단백질을 합성하는지는 이후 포스트에서 설명드리겠습니다.

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우선 이번 포스트에서는 DNA와 RNA 각각의 구조와 특성에 대해 쉽고 자세하게 설명드리겠습니다.

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● 뉴클레오타이드(Nucleotide)와 수소결합(Hydrogen bond)

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DNA 이중나선구조, 박스친 부분(뉴클레오타이드)이 위아래로 반복됨을 볼 수 있다. ​

 

 

DNA는 위 사진과 같이 이중나선 구조를 띄고있습니다. 빨간색 박스친 부분이 위 아래로 반복되는 것을 볼 수 있는데요. 이 반복되는 구조가 DNA의 기본 단위인 뉴클레오타이드(Nucleotide)입니다. 

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DNA와 RNA의 기본 단위, 뉴클레오타이드 ​

 

DNA 뿐 아니라 RNA 역시 뉴클레오타이드가 기본단위입니다. 뉴클레오타이드는 인산, 당, 염기가 1:1:1 비율로 구성되어 있습니다. 구성성분으로는 C, H, O, N, P가 있음을 확인할 수 있는데요. 여기서 P(인)는 DNA와 RNA의 구성성분 중에서 중요한 의미를 갖으니 잘 기억해두시기 바랍니다.

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DNA는 디옥시리보오스, RNA는 리보오스를 당으로 갖는다.

 

​뉴클레오타이드에서 당부터 먼저 살펴보겠습니다. 당에는 리보오스(Ribose)와 디옥시리보오스(Deoxyribose) 2가지 종류가 있는데요. 디옥시리보오스는 리보오스에서 산소가 한 개 없는 것을 의미합니다. DNA는 디옥시리보오스를, RNA는 리보오스를 당으로 갖습니다.

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DNA와 RNA의 염기

 

​다음으로 뉴클레오타이드의 염기를 살펴보겠습니다. 위 사진과 같이 DNA와 RNA 모두 4가지 종류의 염기를 갖는데요. DNA는 A(아데닌), T(티민), G(구아닌), C(사이토신) 염기를 갖고, RNA는 A(아데닌), U(우라실), G(구아닌), C(사이토신) 염기를 갖습니다. A, G, C는 두 가지 모두 공통으로 갖고 있는 것을 볼 수있습니다.

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하지만 DNA는 T를, RNA는 U를 갖는다는 차이가 있습니다. 만일 어떤 핵산이 U를 갖는다면, 그 핵산은 DNA가 아닌 RNA인 것으로 유추할 수 있는 것이죠.

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DNA : A, T, G, C

RNA : A, U, G, C

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퓨린 염기와 피리미딘 염기 ​

 

​염기는 퓨린 염기와 피리미딘 염기로 분류할 수 있습니다. 퓨린 염기는 위 사진과 같이 고리가 2개 붙은 형태이고, 피리미딘 염기는 단일 고리로 구성되어 있는데요. 퓨린 염기는 고리가 2개이기 때문에 피리미딘 염기보다 크기가 훨씬 큽니다. 퓨린 염기에는 A와 G가, 피리미딘 염기에는 C와 T가 있습니다.

 

 

퓨린염기 : A, G

피리미딘염기 : C, T

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A-T, G-C 결합 만 가능하다 ​

 

 

염기끼리는 상보적 결합을 하는데요. A는 T(U), G는 C와만 결합합니다. 또 A-T(U) 결합은 2중 수소결합, G-C는 3중 수소결합을 합니다.이는 매우 중요한 내용이니 꼭 암기하시길 바랍니다.

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A와 G는 퓨린 염기, T와 C는 피리미딘 염기라고 앞서 언급드렸는데요. 여기서 다시 확인해보면 퓨린 염기는 피리미딘 염기와만 상보결합하는 것을 알 수 있습니다. 퓨린 염기 - 퓨린 염기, 피리미딘 염기- 피리미딘 염기 조합의 상보결합은 이뤄지지 않는 것이죠. 

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이 때문에 두 염기 결합의 길이는 2nm로 일정합니다. 만일 퓨린 염기- 퓨린 염기 결합이 이뤄진다면 퓨린 염기의 크기때문에 결합 길이가 길 것이고, 반대로 피리미딘 염기끼리의 결합은 피리미딘 염기의 크기가 작아 결합 길이가 짧을 것입니다. 

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● 샤가프의 법칙

샤가프의 법칙 ​

 

DNA 염기는 각각 (A는 T), (G는 C) 와만 상보적으로 결합합니다. 이 때문에 A염기와 T염기, G염기와 C염기는 각각 개수가 같은데요. 이를 위 식처럼 표현할 수 있습니다. 

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다른 말로 표현하자면, 퓨린 염기(A,G)와 피리미딘 염기(G,C)의 개수는 항상 같습니다. 이것이 샤가프의 법칙입니다. 

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● 마무리

 

이번 포스트에서는 DNA와 RNA의 구조, 염기의 상보적 수소결합, 샤가프의 법칙에 대해 설명드렸습니다. 염기의 상보적 수소결합 내용은 이후 포스팅할 DNA 복제과정과 단백질 합성과정에서도 쓰이는 내용이니, 꼭 기억해 두시길 바랍니다. 

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텔로미어 구조 ( The Nobel Committee for Physiology or Medicine 2009 (Illustration : Annika Rohl))

 

이 블로그에서는 텔로미어(Telomere)와 텔로머라제(Telomerase)에 대해 중점적으로 다루고 있습니다. 텔로미어는 염색체 양 끝에 위치한 DNA구조인데요. 세포가 분열할 때마다 염색체 양 끝단인 텔로미어 길이가 짧아집니다. 텔로미어가 더 이상 분열할 수 없을 정도로 짧아지면 분열을 멈춥니다. 세포의 노화가 시작되는 것이죠.

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텔로머라제는 이를 방지해 세포 노화를 억제하는 역할을 합니다. 최근 논문들에서는 텔로머라제가 텔로미어 길이 연장 뿐 아니라 다양한 면역 반응에도 관여한다고 하는데요.

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텔로머라제에 대한 자세한 내용은 '관련 논문 카테고리'에 올릴 예정이니, 한 번 보시길 바랍니다.

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글 마지막 부분에 전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.

 

 

※동영상 출처

채널명: 계숙 샘

동영상제목: [생명과학2]2단원 2차시 유전물질2- DNA구조, DNA와 RNA의 차이점, 샤가프의 법칙 계산하기

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