2007년 12월 01일
진화의 이해 - 2.DNA
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1. 다윈


이미 다 알고 있는 분들을 위해 3줄 요약.
DNA는 우리 몸의 세포 하나하나에 다 들어있다.
DNA는 몸을 만드는데 쓰이는 매우 직접적인 설계도이다.
DNA는 유전자로서 생물의 후손(자식)들이 선조(부모)들과 비슷한(같은) 모습을 띄는지 설명해준다.





2. DNA(Deoxyribonucleic acid)
진화를 설명하다가 갑자기 뜬금없이 DNA로 넘어온 이유는 진화를 이해함에 있어서 그 이미지를 명확하게 해주기 때문이다. DNA는 매우 직접적으로 이해 가능한 유전의 기본 단위 '유전자'이다.

DNA의 발견 이후로 많은 생화학적인 현상들을 직접적으로 설명가능하게 해주었다. DNA는 제임스 D. 왓슨과 프랜시스 크릭의 연구로 분자의 구조가 밝혀지면서 직접적으로 생명의 본질을 담고 있다는 것이 확인되었다.
그 이후 DNA는 생물학을 넘어 온갖 것들에 영향을 미치게 된다.

우리 몸은 세포, 근육, 피부, 각 효소. 호르몬 등등 거의 모든 것은 단백질로 이루어져 있으며 그렇지 않은 것도 단백질이 효소로 작용하여 만들어낸다. 단백질은 아미노산이라는 구성단위로 이루어져있다. 아미노산은 20가지이며 각각의 아미노산은 결합을 통해 이어지고 글자들이 이어 붙어서 문장이 되는 것처럼 특별한 기능을 나타내는 단백질이 된다. 그렇다면 20가지 아미노산의 순서를 누가 정하느냐? 어떤 것이 특별한 순서로 아미노산들을 이어서 단백질을 만들 수 있게 하는가?

그것이 DNA다. DNA는 우리 몸을 이루는 모든 것에 대한 정보를 담고 있다. 즉 몸을 만들 수 있게 하는 20가지의 알파벳으로 구성된 책을 떠올리면 된다. 그리고 이 비유는 정말로 적절하다. 실제로 그러하다.

장황한 설명을 보기


이제 DNA에 대해 배워보도록 하자.

우리 몸 곳곳의 세포에는 핵이라는 보호된 공간이 있고 그 안에는 염색체라는 것이 있다. 그리고 염색체에는 DNA가 얽혀있다. (정확하게는 굵은 염색체 가닥 안에 꼬이고 엉킨 구조 사이로 단백질(히스톤)과 결합하여 완전히 꼬여있다.)


다들 너무나 많이 들어서 알고 있듯이 DNA는 그 유명한 '이중 나선 구조'이다.
DNA의 분자구조를 약식으로 살펴보면 다음과 같다.

DNA의 구성요소인 뉴클레오티드 분자의 구조다.





참고: 위키백과 DNA그림 http://en.wikipedia.org/wiki/Image:DNA_orbit_animated_small.gif

각 뉴클레오티드 A는 T와만 마주보게 되어있으며 G는 C와만 마주보고 있기 때문에 사이를 갈라서 각 뉴클레오티드에 맞게 이어만 붙이면 똑같은 DNA를 하나 더 만들 수 있다. 화학적으로 서로가 수소 결합이라는 약간은 느슨한 결합으로 붙어있기 때문에 필요로 할 때 사이를 벌린 후 복사하여 이용할 수 있다.

그림에서와 같이 DNA는 각 분자들이 마주보고 있는 형태로 긴 나선이 꼬여있는 모습이다. DNA의 구조가 중요한 이유는 DNA 사슬 사이를 벌리면 또 하나의 사본을 만들 수 있기 때문이다.

자 이제 DNA가 단백질을 만들기까지의 과정을 살펴보자. DNA는 직접 단백질을 만드는데 참여하지는 않지만 복사본이라고 할 수 있는 RNA를 이용하여 단백질을 만들게 된다.

참고:

복제replication란 세포 분열 등을 이유로 스스로 DNA사본을 만드는 일을 말하며
전사transcription는 DNA를 RNA로 복사하는 과정을 의미한다.
번역translation이란 그 RNA를 이용하여 직접 단백질을 만드는 과정을 의미한다.


DNA는 직접 세포의 핵 밖으로 나오지 않고 보호 된다. DNA의 분자에 맞는 복사본인 RNA가 나와서 힘을 발휘한다.
mRNA는 DNA와는 분자 구조가 약간 다르다. 그리고 이중으로 접합되지 않는 외가닥 구조이고 티민T 대신에 우라실U(uracil)을 갖는다.
RNA 종류들
리보솜RNA(ribosomal RNA/rRNA) 단백질 합성 장소인 리보솜을 구성
전령RNA(messenger RNA/mRNA) DNA의 사본.
운반RNA(transfer RNA/tRNA) 아미노산을 가져오는 매개자




RNA서열(즉 DNA의 서열)은 3개의 단위씩 묶여 유전암호를 구성한다. 이를 코돈codon이라고 부르며 각 코돈은 아미노산과 연관되어 있다. RNA(즉 DNA)는 4가지의 뉴클레오티드(ATGC)로 이루어져 있으므로 가능한 코돈은 4 x 4 x 4 = 64가지의 서로 다른 코돈이 존재한다. 이는 아미노산 20개보다 많으므로 각 아미노산은 몇 가지씩 코돈을 가지고 있다. (GGU, GGC, GGA, GGG 의 코돈 모두가 아미노산 글리신을 나타낸다.) 이 중에도 코돈 AUG는 특수한데 이는 아미노산 메티오닌을 지정하기도 하고 개시신호initiation signal의 기능도 하기 때문에 리보솜은 AUG 코돈의 위치부터 번역을 시작하게 된다. 그리고 UAA, UAG, UGA 코돈은 정지 신호로 작용하여 그 부분에서 번역이 멈추게 된다.

세포의 핵 밖으로 나온 mRNA는 단백질을 만들기 위해 리보솜과 결합한다. 리보솜은 단백질 생성을 위한 단백질로 rRNA가 골격을 형성하고 있다.



각각의 tRNA는 충전효소charging enzyme에 의해 아미노산과 연결된다. tRNA는 리보솜에 와서 각 mRNA와 코돈이 딱 서로 맞게 되면 아미노산을 이어 단백질이 합성된다. 이렇게 정확하게 3개씩 묶어서 동작하게 된다.





즉 DNA는 정말로 우리 몸을 나타내는 설계도 그 자체라고 할 수 있다. 혈당 수치가 올라가면 인슐린이 합성되는 것처럼 어떤 화학적인 조건 등에 의해 필요한 부분의 DNA가 전사 번역 되어 단백질을 만들게 된다.

유전을 가능하게 하는 분자로서 DNA는
1. DNA는 인간의 범주에서만이 아닌 모든 생물이 지니고 있다.(바이러스 같은 경우 RNA만 지니고 있는 경우도 있다.) 때문에 그 존재 자체로도 진화의 증거라고 할만하다.
2. DNA는 세포내의 염색체 안에 묶여 매우 안정적으로 보호되어있다. 그리고 RNA에 비하여 자연적인 분해에 잘 견디며 손상되어도 반대편 사슬을 토대로 복구가 가능하다.
3. 생물의 몸을 조립하는 직접적인 설계도이다.
4. -그리고 제일 중요한-자신과 똑같은 것을 복제할 수 있다.


참고:
위키백과의 DNA 설명 (영문), (한글)




PS_
자외선이나 방사능처럼 분자에게 영향을 주는 빛이나 혹은 매우 반응성이 커서 분자들의 구조를 바꾸는 물질 등이 재수 없게도 세포의 복제를 조절하는 DNA 부분에 영향을 미치게 되서 복제를 계속 하게 된다면 그걸 암세포라고 부릅니다. 즉 종양이 되지요. 그래서 매연이라던가 화학물질 같이 반응성이 커서 DNA에 영향을 미칠지도 모르는 것들을 발암물질이라고 부르고 방사능이나 자외선을 조심해야합니다.

PS2_
바이러스란? 단백질로 된 껍데기를 지니고 안에는 RNA나 DNA 조각을 가지고 있는 것들을 말합니다. 즉 생물이라고 하기에도 모호한 존재입니다. 일반적으로 바이러스가 퍼지는 경로는 다른 생물의 세포내에 달라붙어서 안으로 DNA(또는 RNA)조각을 밀어 넣습니다. 그러면 세포는 그저 화학적인 조건에 맞추어 그 DNA를 번역합니다. 물론 번역의 결과로 그 바이러스의 새로운 표피 따위를 만들어내지요. 그렇게 숙주에게는 쓸모없는 단백질을 만들어내고 그 과정에서 재채기를 한다던지 하는 등의 효과를 일으켜서 더 번져나가게 됩니다.

컴퓨터 바이러스가 바이러스라고 명명된 이유는 정말로 그 과정이 생물체의 바이러스와 똑같기 때문입니다.



PS3_다 적고 났더니... 엄청 어려워 보이는군요. -_-; 누구나 이해할 수 있게 하는게 목적이었는데 말이죠. 아 헛수고다 -_-;

PS4_그림 그리는 것 힘드네요. ㅠㅠ
by 시노조스 | 2007/12/01 23:34 | Skepticism | 트랙백 | 덧글(3)
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Commented by ¿cb at 2007/12/02 01:22
으엥 너무 어렵네영 ㅋㅋ
Commented by Munsen at 2007/12/04 04:34
우왕 그럼 우리몸은 바이너리 코드란 말이여?-_-;
Commented by 시노조스 at 2007/12/04 22:54
cb 님/ -_-; 흠....그렇군요. ㅠㅠ 이런

Munsen / -_- 맞음. 디지털이 맞지. 다만 염기는 4가지가 위치하므로 4진수. 012300230120302013012030123120310203 라고 볼 수 있지 않을까나. 염기 서열을 하드디스크에 저장하는 것도 가능하지 ^^; 모양하고는 상관없는 디지털이니깐.

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