핵산(nucleic acid), DNA, RNA -2

핵산(nucleic acid), DNA, RNA 

 

어떤 세포는 세포질에 플라스미드(plasmid)라 불리는 환형 DNA 단편을 가지고 있다. (환형이 아닌 직선형의 플라스미드는 효모나 다른 생물체에서 발견된다) 플라스미드는 비염색체이면서 자율적으로 자기복제를 하는 DNA 단편이다. 플라스미드는 쉽게 세포 안팎으로 이동할 수 있어 유전공학에 널리 이용되고 있다. 자연발생적인 플라스미드는 항생제와 유해 화학물질로부터 세포를 보호할 수 있는 유전정보를 가지기도 한다.

 

DNA에는 생물의 유전정보가 담겨있다. 그러나 DNA의 염기서열 모두가 유전자 발현에 관여하는 것은 아니다. DNA의 가장 중요한 기능은 염기서열에 있는 유전정보를 전달하는 것이다. DNA의 유전정보는 RNA로 전사(transcription)되고 단백질 합성으로 번역(translation)된다. RNA 합성의 주은 DNA 분자이고 RNA 분자는 단백질 합성의 주형이다. DNA로 부터 RNA가 생성되는 것을 DNA 전사라 하고, RNA로부터 펩타이드와 단백질이 생성되는 것을 번역이라고 한다.

 

어떤 RNA 분자는 단백질 합성기구에서 유전정보 전달 중간체, 즉 전령 RNA (messenger RNA, mRNA) 역할을 하지만, 다른 RNA 분자는 운반 RNA (transfer RNA, tRNA), 리보솜 RNA (ribosomal RNA, rRNA)로서 단백질 합성기구에 관여한다. 리보솜 RNA는 단백질과 RNA로 구성된 작은 입자인 리보솜에 위치한다. 리보솜은 세포질에 있는 세포 소기관으로 진핵세포에서 보통 소포체의 안쪽면에 붙어 있고, 단백질의 합성 장소이다. 이외에도 형태에 따라 단일 가닥은 ssRNA, 이중 가닥은 dsRNA라는 약자로 표기하기도 한다.

 

RNA는 3→5 인산 이중에스터 결합에 의하여 연결되어 있으며, 뉴클레오타이드로 이루어진 길고 분비되지 않은 고분자이다. RNA 한 분자는 70~수천 개의 뉴클레오타이드를 함유한다. RNA 분자는 몇몇 바이러스 RNA를 제외하고는 항상 한 가닥이다. 그러나 어떤 RNA 분자는 부분적으로 머리핀 구조와 같은 이중나선구조 부분을 가지고 있다. RNA의 이중나선 부분에서 A는 U와 짝을 이루고, G는 C와 짝을 이룬다. 세포의 RNA 함량은 DNA의 함량보다 2배에서 6배까지 많다.

 

각 RNA의 기능에 대하여 정리해 보자.

 

전령 RNA(m-RNA)는 염색체에서 합성되고 특정 단백질의 생산을 위하여 염색체에서 리보솜으로 유전정보를 전달한다. 전령 RNA 분자는 짧은 반감기를 가진 큰 분자이다.

운반 RNA (t-RNA)는 상대적으로 작고 안정한 분자로 세포질에서 단백질 합성장소인 리보솜으로 아미노산을 전달한다.  운반 RNA는 70~90개의 뉴클레오타이드를 가지며 분자량은 23~28 KD이다. 20개의 아미노산 각각에 해당하는 운반 RNA가 적어 도 하나는 존재한다.

 

리보솜 RNA(r-RNA)는 리보솜의 주요 성분으로서 리보솜의 65%를 차지한다. 나머지는 여러 종류의 리보솜 단백질이다. 대장균 리보솜에 존재하는 r-RNA에는 세 가지 독특한 형태가 존재하는데 각각 235, 16S, 5S로 명명했고, 이것은 그것들의 원

심분리과정의 침강상수를 기준으로 한 것이다. S는 스베드버그(Svedberg) 단위를 나 타낸다. 분자량은 5S가 35 kD이고 16S가 550 KD, 23S는 1100 kD이다. 이 세 가지의 RNA는 염기서열과 상대적인 비에서 다르다. 진핵세포는 더 큰 리보솜을 가지며, 네 가지 다른 형태의 r-RNA (5S, 7S, 18S, 28S)를 가지고 있다. 리보솜 RNA는 전체 RNA에서 대부분을 차지한다. 대장균에서 r-RNA가 전체 RNA의 85% 정도이지만, t-RNA는 12% 정도이고 m-RNA는 2~3%이다. 

 

단백질 형성 과정은 다음과 같습니다.

1. 트랜스크립션(전사): DNA가 RNA로 변환되는 과정입니다. DNA는 뉴클레오티드와 염기로 이루어진 유전자 코드를 갖고 있으며, RNA는 뉴클레오티드와 염기로 이루어진 코드를 갖습니다. 이 코드는 아미노산을 지시하며, RNA가 단백질 합성의 틀 역할을 합니다.
2. 트랜스레이션(번역): RNA가 아미노산으로 변환되는 과정입니다. RNA는 뉴클레오티드로 이루어진 염기로 되어 있으며, 3개씩 묶어서 하나의 아미노산을 나타내는 코돈으로 이루어져 있습니다. 이 코돈들은 특정 아미노산을 나타내므로, 코돈의 순서대로 아미노산이 결합하여 단백질을 형성합니다.
3. 폴리머화(결합): 아미노산이 결합하여 단백질이 형성됩니다. 아미노산은 다른 아미노산과 결합하여 폴리펩타이드 연쇄를 형성합니다. 이때, 결합은 펩타이드 결합이라고 부릅니다.
4. 포스트-트랜스레이셔널 수정: 단백질이 형성된 후에도 일부 수정과정이 일어납니다. 이 과정에는 단백질의 접힘, 인산화, 메틸화, 글리코시레이션 등이 있습니다. 이 과정은 단백질의 구조와 기능에 영향을 미칩니다.

이렇게 형성된 단백질은 생체 내에서 수많은 역할을 수행하며, 생명 활동에 중요한 역할을 합니다.