목차
DNA의 기본 구조
DNA(Deoxyribonucleic Acid, 디옥시리보핵산)는 모든 생물의 유전 정보를 담고 있는 분자입니다. DNA의 구조는 1953년 제임스 D. 왓슨과 프랜시스 크릭에 의해 처음으로 명확하게 밝혀졌으며 유전학을 근본적으로 변화시켰습니다.
DNA는 두 개의 폴리뉴클레오티드 사슬이 서로를 향해 나선형으로 감긴 이중나선 구조를 갖고 있습니다. 나선은 뉴클레오티드라 불리는 반복 단위들로 구성되어 있으며 각 뉴클레오티드는 인산기, 당(디옥시리보스), 네 가지 타입의 질소염기(아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민) 중 하나로 이루어져 있습니다.
이중나선 구조는 질소염기의 쌍을 통해 서로 연결됩니다. 아데닌은 티민과, 구아닌은 시토신과 상보적으로 쌍을 이루며 염기쌍은 수소 결합으로 연결됩니다. 이러한 DNA의 구조적 특성으로 유전 정보를 정확하게 복제하고 전달할 수 있습니다.
DNA 복제 과정
DNA 복제는 세포 분열 과정에서 발생하며 해당 과정을 통해 유전 정보가 자손 세포에 정확하게 전달됩니다. DNA 복제 과정은 여러 단계로 이루어지며 효소의 역할이 중요합니다. 복제 과정은 DNA 이중나선이 ‘헬리케이스’라는 효소에 의해 풀리면서 시작됩니다. 과정에서 두 DNA 사슬은 각각 복제의 템플릿이 됩니다.
이어서 ‘DNA 중합효소’라는 효소가 각 사슬의 상보적 염기를 뉴클레오티드 풀에서 가져와 새로운 사슬을 합성합니다. 이 과정에서 새로운 DNA 사슬이 생성되며 각각의 원래 사슬은 새로운 사슬과 함께 새로운 이중나선을 형성합니다. 이렇게 DNA 복제 과정은 매우 정확하게 이루어지며 오류가 발생할 경우 ‘DNA 수선 효소’에 의해 수정됩니다.
유전 정보의 전달
DNA는 생물체의 유전 정보를 담고 있으며 정보는 세대를 거쳐 전달됩니다. 유전 정보의 전달 과정은 DNA의 복제, RNA의 합성, 단백질 합성을 통해 이루어지며 이 과정을 ‘중심원리(센트럴 도그마)’라고 합니다.
RNA 합성 (전사 과정)
DNA에서 RNA로의 정보 전달은 ‘전사’ 과정을 통해 이루어집니다. 이 과정에서 DNA의 한 사슬은 템플릿으로 사용되어 ‘RNA 중합효소’에 의해 mRNA(전령 RNA)가 합성됩니다. mRNA는 DNA의 유전 코드를 담고 있으며 아미노산의 순서를 결정합니다.
단백질 합성 (번역 과정)
mRNA는 세포질의 리보솜으로 이동하여 단백질 합성 과정인 ‘번역’에 사용됩니다. 리보솜은 mRNA의 유전 코드를 해독하여 아미노산을 연결해 특정 단백질을 합성합니다. 합성된 단백질은 세포의 구조와 기능에 필수적인 역할을 합니다.
DNA 변이와 유전 질환
DNA 변이는 DNA 염기서열의 변화를 의미하며 자연적인 과정 또는 외부 요인에 의해 발생할 수 있습니다. 대부분의 변이는 무해하거나 경미한 변화를 유발하지만 일부는 유전 질환을 일으킬 수 있습니다.
DNA 변이는 복제 과정에서의 오류, 환경적 요인(예: 자외선, 화학 물질), 생물학적 요인 등 다양한 원인에 의해 발생할 수 있습니다. 이러한 변이는 유전자의 기능이 변경될 수 있으며 유전자의 발현에도 영향을 미칠 수 있습니다.
유전 질환은 변이된 유전자가 원인이 되어 발생합니다. 예를 들면 낭포성 섬유증, 지중해빈혈, 헌팅턴병 등은 특정 유전자의 변이에 의해 발생합니다. 이러한 질환은 세대를 거쳐 전달될 수 있으며 치료가 어렵거나 불가능할 수 있습니다.