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생체분자의 주요물질 4가지(탄수화물, 단백질, 지질, 핵산) 중 앞의 글에서 탄수화물, 단백질, 지질에 대해 간략하게 정리 해 보았고 이번에는 핵산에 대해서 간단히 정리해보고자 한다.

핵산(nucleic acid)이란?

핵산은 알려져 있는 모든 생명체에 필수적인 생체분자로써, 모든 생체분자들 중 가장 중요하다. 뉴클레오타이드(nucleotide)란 3가지 구성 성분(인산, 5탄당, 핵염기)로 이루어진 단위체이며 핵산은 이러한 뉴클레오타이드의 단위체로 구성된 복합체이다.

핵산의 종류

핵산은 DNA와 RNA가 있으며 살아있는 생명체가 한 세대에서 다음 세대로 복제를 가능하게 하는 분자이다.

1) DNA(디옥시리보핵산, deoxyribonucleic acid)

DNA는 생체분자 들 중 유일하게 자기 자신의 복제를 지시하고 RNA의 합성을 지시하거나 RNA를 통해서 단백질 합성을 통제하기도 한다. DNA는 생명체가 부모로부터 물려받는 유전물질이다. 폴리펩타이드의 1차 구조를 결정하는데, 이러한 폴리펩타이드의 아미노산 서열은 유전자(Gene)에 의해 결정된다. DNA는 이러한 유전자를 구성으로 한다.

DNA는 2개의 폴리뉴클레오타이드가 이중나선(double helix)구조를 가지고 있다. 두 개의 당-인산 구조는 5'에서 3'의 방향으로 되어 있으며, 당-인산 골격은 나선 바깥쪽에, 질소염기는 나선 안쪽에서 쌍을 이루고 있다. 이러한 이중나선의 두 가닥은 상보적(complementary)결합을 하고 있다. DNA의 이중나선구조에서는 특정 염기만이 서로 쌍을 이룰 수 있는데, 아데닌(A)는 티민(T)과, 구아닌(G)은 사이토신(C)와 쌍을 이루고 있다. 따라서, 이중나선의 한 가닥의 염기서열을 안다면 다른 가닥의 염기서열을 알 수 있게 된다.

2) RNA(리보핵산, ribonucleic acid)

RNA는 5탄당의 일종인 리보오스를 기반으로하여 뉴클레오타이드를 이루며 하나의 나선이 길게 꼬여 있는 구조를 가지고 있으며 DNA의 일부가 전사되어 만들어진다. DNA가 이중나선 구조에서 염기가 상보적인 결합을 하듯, 두 개의 RNA에서도 상보적 염기쌍을 가지는데 RNA에서는 티민(T)이 존재하지 않으며, 아데닌(A)은 우라실(U)과, 구아닌(G)은 사이토신(C)와 쌍을 이루고 있다.

단백질합성

DNA는 스스로를 복제하고 유전정보를 통해 유전자 발현을 일어나게 한다. DNA에 있는 유전자는 단백질 형성과 같은 발현에 관여하는 엑손(exon)과 그렇지 않은 인트론(intron)을 포함하고 있다. 

DNA는 핵 내에서 mRNA(전령 RNA)를 합성하는 전사과정을 가지며, 전사된 mRNA는 코돈(codon)이란 것을 포함한다. 코돈이란, 유전자 발현과정에서 하나의 아미노산을 지정하는 mRNA의 유전정보이다. 코돈은 세 개의 염기서열이 묶인 유전단위로 시작 코돈과 종결 코돈, 그 사이에 아미노산의 결합을 결정하는 코돈으로 이루어져 있다. 이렇게 코돈을 포함하는 mRNA는 핵공을 통해 세포질로 이동한 후, 리보솜에서 단백질을 합성한다.

핵산의 구성성분

핵산은 폴리뉴클레오타이드(polynucleotide)라는 중합체 형태로 존재하는 고분자이다. 폴리뉴클레오타이드는 뉴클레오타이드라는 단위체들로 구성되어 있는데, 이는 보통 질소염기, 5탄당, 인산기로구성되어 있다.

질소염기에는 두 종류가 있는데, 그중 하나인 피리미딘(pyrimidine)은 탄소와 질소원자로 구성된 하나의 6각형 고리로 되어 있고 종류로는 사이토신(cytosine), 티민(thymine), 우라실(uracil)이 있다. 그리고 다른 하나인 퓨린(purine)은 6각형 고리와 5각형 고리가 합쳐져 있으며 아데닌(adenine), 구아닌(guanine)이 있다. 아데닌, 구아닌, 사이토신은 DNA와 RNA에 모두 존재하지만 티민은 DNA에만, 우라실은 RNA에만 존재한다. 질소염기와 연결되어 있는 당은 DNA에서는 디옥시리보오스(deoxyribose)라 하고, RNA에서는 리보오스(ribose)라 한다. 두 당 사이의 차이는 디옥시리보오스는 고리의 두 번째 탄소에 산소원자가 없다는 것이다.

많은 연구에서 사람이 가진 성격, 생활 습관, 외모 등이 유전자의 영향을 받는다고 알려져 있다. 이처럼 유전자가 매우 중요한 것은 많은 사람들이 알고 있는 사실이다. 부모로부터 전달받은 유전자에 의해 단백질이 형성되고 그러한 단백질들이 모여 생물체의 특성을 정하게 된다. 따라서, 형제/자매는 같은 종의 무관한 개체보다 DNA와 단백질에서의 유사성이 매우 크다. 그렇기에 안 닮았다고 생각했던 나의 형제/자매들도 알고보면 비슷한 부분이 있었던 이유이다. 이렇게 유전자의 전달, 단백질의 합성 등에는 핵산이 가장 큰 역할을 하고 있다.