1-2. DNA의 구조 (3)

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• 들어가기 전에
  첫 포스팅에서 말했다 시피, 이 포스팅은 전격 반말 포스팅으로 진행됩니다!
• 생물학적 지식은 아직도 밝혀지고 있는 만큼, 제가 잘못 쓴 용어와 내용이 많을 수 있습니다. 언제든 지적은 겸허히 받아들이겠습니다!

복습 : DNA 이중나선 구조

얼마나 고생고생을 한 끝에 이중 나선 구조를 밝혀냈는지 저번 시간에 알아봤었어. 항상, 과학자들의 역사를 밟아가는건 힘들기도 하지만 뿌듯함이 남는 그런 일인 것 같네. 얼마나 많은 과학자들이 연구를 했는지, Watson & Crick 둘 만의 업적은 아니다.. 라는 사실을 꼭 기억해두도록 하자.

DNA 그리는 방법

DNA를 절대, 대칭적으로 그리면 안된다는 말을 저번 포스팅에서 했었지?Major groove, Minor groove를 잘 살려서 그려줘야 하는 거고, 그 groove들이 왜 중요한지에 대해서는 앞으로 차차 알게 될테니 천천히 따라오면 돼!

오늘은

• DNA는 하나의 모양만 가지고 있는가?
• RNA는 어떻게 생겼는가?
• 1953년 이후, 분자생물학이 걸어온 길

의 세 가지 주제에 대해서 간단히 얘기하고, 마무리를 지은 후 다음 포스팅으로 넘어가려고해 ㅋㅋ

DNA는하나의 모양만 가지고 있는가?

일단 결론을 말하자면 아니야. 혹시 저번 포스팅에서, ‘주변에 물이 많은 환경’인가 아닌가에 따라 X-ray 사진이 달라졌던 것 기억하니? 이중 나선인 것은 똑같은데, 그 모양이 환경에 따라 달라지기도 하고, 심지어 나선이 감기는 방향도 달라진다고 알려져있어. 지금까지 알려져있는 구조는 크게 세 가지의 구조가 있어. A, B, Z- DNA의 세 가지! 아래 그림이 왼쪽부터 순서대로 A, B, Z-DNA를 비교해 놓은 그림이야.

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모양을 구분하는 기준

어떻게 DNA의 모양들을 구분하냐구? 그 기준이 네 가지가 있어.

1. 오른쪽으로 감기는지, 왼쪽으로 감기는지
2. 한 번 회전(turn)하는 것의 길이
3. 한 번 회전(turn)할 때 몇 개의 염기가 들어가 있는지
4. major/minor groove 사이의 거리

크게 네 가지를 가지고 DNA 이중나선 모양을 판단한다고 해.

B-DNA

수용액 상에서(즉, 우리 몸에서) 가장 흔하고 안정하게 존재하는 모양이 바로 B-DNA야. Watson & Crick 이 두 번째로 발견한 X-ray 회절 사진이 B-DNA의 사진이었다고 하지. B-DNA의 특징은 아래와 같이 정리해볼 수 있겠네!

1. 오른쪽으로 감겨 올라가는 나선 구조이다.
2. helix diameter 23.7Å, turn 의 길이 3.4Å, turn 할 때 약 10개의 염기쌍이 존재.
3. 염기쌍이 이중나선과 거의 수직인 상태로 놓여있다.
4. major groove가 넓다.
   덕분에, 각종 반응에 관여하는 단백질과 효소들이 잘 접근할 수 있어. 우리 몸에서 가장 흔하게 존재하는 B-DNA형태이다보니, 아무래도 당연한 얘기겠지?
5. minor groove가 좁다.

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A-DNA

A-DNA는, 물이 정말 없는 상황에서 생겨. 그래서 흔하게 관찰되는 모양은 아닌데다가, B-DNA보다 짧고 뚱뚱한 모양으로 생겼지. 보통 RNA-DNA간의 결합이 생길 때 A-DNA의 형태라고 알려져 있는데, B-DNA의 모양이 나오는 경우도 간혹 있다고 하네. 특징을 정리해볼까?

1. 오른쪽으로 감겨 올라가는 나선 구조이다.
2. helix diameter 25.5Å, turn 의 길이 2.3Å, turn 할 때 약 11개의 염기쌍이 존재.
3. 염기쌍이 이중나선과 다소 기울어진 상태로 놓여있다.
4. major groove가 깊고 좁다.
5. minor groove가 넓고 얕다.
   B-DNA와는 반대의 상황이야. 때문에 minor groove에 단백질이 더 붙기가 쉽고, major groove에 붙기가 어려운 성질을 가지고 있는데, 이것에 대해 알려져 있는 사실은 그렇게 많지가 않다고 하네.

사실, A-DNA는 오랫동안 ‘실험실에서 만들어진’ 형태의 DNA 구조라고 생각되어 왔는데 생물학적인 기능을 가지고 있다는 것이 밝혀지면서, 꽤 주목받고 있어. 자세한 사항이 더 밝혀지길 기대해보며 마지막 Z-DNA로 넘어가볼게!

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Z-DNA

Z-DNA는 정말 희귀한 아이야. 물이 많을 때가 아니라, ‘염의 농도가 높을’ 때 주로 존재하는 DNA 형태라고 해. 실제로 생체 내에서 만들어질 수 있기는 하다고 하는데, 그 정확한 기능은 알려진 바가 없다고 하네.

1. 왼쪽으로 감겨 올라가는 나선 구조이다.
   특이하게도 Z-DNA는 왼쪽으로 감겨올라가는 나선 구조야.
2. helix diameter 18.4Å, turn 의 길이 3.8Å, turn 할 때 약 12개의 염기쌍이 존재.
3. 염기쌍이 이중나선과 거의 수직인 상태로 놓여있다.
4. major groove가 없다.
5. minor groove가 좁다.
6. backbone이 지그재그를 이루고 있다.
   때문에 다른 DNA들 보다 turn 당 길이가 좀 길고 전체 diameter는 좁다고 하네.

Z-DNA는 보통 DNA에서, alternating purine-pyrimidine 구조를 가진 곳에 많이 있다고해. 이게 무슨 소리냐면…
purine계 염기에는 A, G가 있고 pyrimidine 계 염기에는 C, T가 있는거 기억하지? 얘네 두 개가 서로 번갈아서 나오는 sequence일 때 Z-DNA가 나올 확률이 꽤 높아진다고 해. GCGCGCGC….이런 거, 아니면 GCGCATGCATGC 이런식으로, purine-pyrimidine이 번갈아서 한 번 씩 나오면 Z-DNA가 확률적으로 많더라~는 것이 밝혀져 있어. 아래 사진에서 보는 구조도 좀 특이할 거야.

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RNA는 어떻게 생겼는가?

DNA가 무엇의 약자였는지 기억해 혹시? ㅋㅋㅋ
Dideoxyribose Nucleic Acid의 약자였어. 왜 Dideoxy였는지 기억이 나지 않는다면, 당장 여기로 돌아가서 포스팅을 읽어보고 오자. 오각형으로 생긴 ribose 구조에서, 2번과 3번이 전부 -OH가 빠진 구조였기 때문에 두 개(Di)가 산소가 없는(deoxy)! 거였어. 그러면, RNA의 약자를 적어볼게.

• deoxyRibose Nucleic Acid

대충 어떻게 생겼을지 감이오니? DNA는 5각형모양으로 생긴 당에서 2, 3번 탄소가 -OH가 없어진 아이였지만, RNA는 3번 탄소에만 -OH가 없어. 그래서 두 개의 산소가 없는게 아니라 하나의 산소만 없기 때문에, 그냥 deoxy라고 이름을 붙여. 말로 하니까 감이 안오지?ㅋㅋㅋ

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DNA랑 거의 비슷하게 생겼어. 하지만 RNA는 -OH때문에 DNA보다 좀 덜 안정하고, 그래서 상온에 DNA를 놔두면 꽤 오래 보존이 가능하지만 RNA는 좀 빨리 분해되어 버리는 경향이 있다고 하더라구!

또 하나의 차이

저것 말고도 또 다른 차이가 있어! DNA 포스팅 할 때, 네 개의 염기(A, G, T, C)에 대해 얘기했었지? 그 염기의 종류가 아주 살짝 달라. Thymine이 어떻게 생겼는지 기억하지? 당연히 기억해야하는거 아니야?
그런데, RNA의 경우에는 Thymine이 붙지 않고 Uracil이 붙어. Thymine의 메틸기 하나가 없는 구조! 둘을 비교하면 이렇게 생겼어.

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그래서, DNA 염기 서열이 AGTTCT 라면, 그것에 해당하는 RNA 염기 서열은 AGUUCU라는 얘기지. 나머지는 똑같아. 한 번에 정리하자면 이렇단다!

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1953년 이후, 분자생물학이 걸어온 길

1953년에 DNA가 이중나선 구조를 가진다는 사실이 밝혀진 이후, 생명공학-특히 분자생물학-은 엄청난 속도로 발전했어. 어떤지 한 번 볼까?

• 1953년, DNA의 구조가 밝혀짐
• 1966년, DNA codon 해석이 완료됨
• 1973년, restriction enzyme & ligase 를 통한 DNA cloning 이 성공함
• 1977년, intron의 존재가 밝혀짐
• 1995년, 최초로 살아있는 생명체의 DNA 염기서열 전체가 밝혀짐.
• 1996년, 최초로 살아있는 진핵생물의 DNA 염기서열 전체가 밝혀짐.
• 1997년, 복제양 돌리가 탄생

정말 큼지막한 사건들만 적어보았어. 이것 말고도 아주 많은 연구들이 이루어졌고, 모두가 생물학의 발전에 큰 공헌을 한 연구들이야. 모든 기술이 그렇듯이, 발전속도가 정말 어마어마하지?

다음 포스팅에서는

이제, DNA에 대한 얘기를 마쳤으니 본격적으로 Central Dogma 에 대한 얘기를 해보려고 해. 아마 좀 많~이 길고 지루한 얘기일 수도 있어. ㅠㅠㅠㅠ
해야하는 얘기는 아래의 네 가지 정도로 분류해볼 수 있을것 같아.

1. Transcription, 전사
2. Translation, 번역
3. Replication, 복제
4. reverse transcription, 역전사

그럼, 다음 포스팅에서는 transcription 전사 에 대한 얘기부터 차근차근 해볼게! 그럼 뿅!

참고한 책, 페이지

• http://tigger.uic.edu/classes/phys/phys461/phys450/ANJUM04/

• https://en.wikipedia.org/wiki/Nucleic_acid_structure

• Robert F. Weaver, ‘Molecular Biology’, 5th Ed., McGraw-Hill, 2012