단백질 이야기(5) 단백질과 DNA

안녕하세요 별바다입니다

단백질이야기 계속하도록 하겠습니다.

 

아미노산 배열과 유전암호

유전자의 본 바탕은 DNA이지만 유전자가 생물의 몸에 중요한 작용을 하는 것은 어디까지나 그 유전자가 설계도인 부위의 단백질을 통해서 입니다. DNA와 단백질 이 두 물질은 어떻게 연결 된 것일까요? 

DNA는 뉴클레오타이드로 일컫는 물질들이 나란히 연결된 구조를 이루고 있습니다. DNA를 형성하고 있는 뉴클레오타이드의 정식 명칭은 데옥시리보뉴클레오타이드입니다. 말하자면 DNA라는 긴 목걸이를 만드는 진주알 그것이 뉴클레오타이드인 셈입니다.

 

뉴클레오타이드

뉴클레오타이드는 아주 작은 염기, 인산, 당으로 이루어져있습니다. 그리고 뉴클레오타이드의 염기에는 A, G, C, T가 있습니다. 그런데 인산과 당은 늘 변하지 않습니다. 따라서 DNA는 염기 4종류가 무수히 이어진 구조로 되어있다라고 말할수 있습니다. 이렇게 염기가 연결된 줄을 염기배열이라 부릅니다. 그리고 세포속의 DNA는 염기가 연결된 줄 2개가 염기들이 서로 보충하는 성질에 따라서 접합해 이중나선 구조를 형성하고 있습니다.

 

한편 단백질은 아미노산 20종 가운데 다수가 연결된 구조를 이루고 있습니다. 어느쪽으로도 무엇인가가 서로 이어진 모양을 하고 있다는 것이 핵심입니다. 게다가 단백질은 아미노산을 어떤 순서로 어느정도 연결할 것인가만 설계해놓으면 나머지는 자동으로 만들어 집니다.

이렇게 생각하면 DNA가 왜 단백질의 설계도로 불리는지 알수 있습니다.

염기 4종류의 나열 방법이 그대로 아미노산 20종의 나열 방식을 의미한다와 같이 이해하면 됩니다. 요컨대 전자가 후자의 암호라는 뜻입니다. 이것을 유전암호라고 부릅니다

설계도라고 하기보다는 오히려 유전자는 단백질의 아니 염기 배열의 아미노산 배열의 실로 잘 만들어진 암호입니다.

 

염기 4종류로 아미노산 20종을 암호화된 체계

염기 4종류(A, G, C, T)가 어떤 원칙에 따라서 아미노산 20종의 암호로 작용하게 될까요

먼저 1자릿수를 쓸 때 아미노산의 암호가 될수 있을까요? 이때는 염기 1세트가 4종류이므로 아미노산도 4종이 됩니다. 이런 식으로는 아미노산 20종의 암호로 쓰기에는 무리입니다.

그 다음 염기가 2세트로 2자릿수를 쓸때 아미노산의 암호가 될수 있을까요? 염기 2세트의 배열에는 4*4=16 곧 16가지가 존재하므로 아미노산의 숫자 20에 가까워져다고 암호가 될지도 모른다는 희망을 품을 수도 있는데 분자의 세계에서는 전혀 받아들일 수 없다는 얘기입니다. 4가지가 부족하다는 것은 치명적입니다. 염기 2세트로는 어림없습니다.

그렇다면 염기 3세트로 만들어지는 3자릿수가 아미노산의 암호가 될 수밖에 없습니다. 염기 3세트의 배열이 4*4*4=64 되지요. 아미노산의 20종보다 3배 이상 많더라도 상관없습니다. 아무튼 20이 넘으면 됩니다.

결론적으로 현재 생물이 가진 유전암호 체계는 다음과 같습니다

'3자릿수 즉 염기 3개가 나열되어서 아미노산 1개의 암호가 된다'

다시 말해 염기의 숫자와 나열순서가 아미놘의 숫자와 나열 순서를 결정합니다. 실제로는 직접 아미노산 배열의 암호가 되는 것은 DNA가 아니라 그것에서 베껴져서 합성되는 RNA의 염기배열입니다. 이 mRNA 속에 아미노산의 암호로 존재하는 염기 3개의 배열을 코돈이라고 합니다. 

 

코돈이란 무엇인가의 암호로 되어있다는 뜻의 동사 code와 입자를 뜻하는 접미사 -on으로 이루어진 단어입니다. 입자라고 하면 동그스름한 모양의 물질이 머리속에 떠오르는데 여기서는 입자라기보다는 오히려 기본 단위가 되는 결합 정도의 뜻이 있다고 생각하면 됩니다.

 

또한 염기 3개의 배열을 트리플렛이라고 부르며 이것이 암호화된 결합 1개 즉 코돈으로 작용하므로 트리플렛 코돈이라고도 일컫습니다.

트리플렛 코돈을 증명해 유전암호를 해독하는데 성공한 사람은 생물학자 니렌버그와 코라나의 연구 그룹입니다. 니렌버그의 연구팀은 대장균을 갈아서 뭉갠 액체에 아미노산과 우라실이라는 염기로 된 RNA를 더해 인공적으로 폴리펩티드를 합성하는 체계를 만들었습니다.

그러자 합성된 폴리펩티드는 페닐알라닌이라는 아미노산으로 만들어졌다는 사실을 발견했습니다. 그렇게 잇달아 유전암호를 해독합니다.

현재는 유전암호를 쭉 훑어 볼 수 있게 유전암호표가 있습니다.

 

유전자, DNA RNA

어느 유전자가 어떤 단백질의 설계도가 되었을때 그 유전자가 그 단백질을 암호화한다. 혹은 어느 코돈이 어떤 아미노산의 암호일때 그 코돈은 그런 아미노산을 암호화합니다

단백질은 어림짐작으로 만들어지지 않습니다. 아미노산 배열은 단백질의 1차 구조로 불리는 것에서 알수 있듯이 그 자체로 의미가 있습니다.

유전자란 DNA를 바탕으로 하는 단백질의 설계도입니다.

DNA는 핵속에 의젓하게 앉은채 아무것도 하지 않습니다. 의자에 앉아 몸을 뒤로 젖히면서 으스대는 거대한 물질속에서 암호화된 정보를 끄집어내 단백질을 만들려면 실제로 행동하는 군대가 필요합니다.

그 군대가 바로 RNA라고 하는 물질입니다.

 

RNA는 리보핵산의 약칭입니다. DNA는 데옥시리보핵산의 약칭입니다. 이름으로 보는것처럼 확실히 비슷합니다. 양쪽 다 핵산으로 불릴만큼 비슷하자민 서로 다른면도 있습니다. 그 차이점은 뉴클레오타이드 성분인 당이 리보스냐 데옥시리보스냐에 있습니다. 사용되는 염기도 다릅니다. RNA에서는 A, G, C, U가 쓰이지만 DNA에서는 A, G, C, T가 쓰입니다. 또한 생체내에서는 DNA는 대부분 2개의 DNA사슬이 서로 얽혀서 이중 나선 구조를 이루지만 RNA는 1개의 사슬로만 길게 이어진 경우가 많습니다. 

 

DNA가 유전자의 본체로 군림하는 위치 부근에서 RNA는 매우 열심히 설계도인 유전자에서 정보를 끄집어내 단백질을 만듭니다. 이러한 체제에서 중요한 과업은 전사와 번역입니다.