DNA 구조와 단백질 생산 방식
DNA와 생명
오늘은 DNA 구조 및 작동 방식에 대해서 알아보겠습니다. DNA는 아마도 가장 유명한 생물학적 분자일 것입니다. 지구상의 모든 형태의 생명체에 존재하는 DNA 또는 디옥시리보 핵산이란 무엇일까요? 사실상 우리 몸의 모든 세포에는 우리 몸을 구성하는 DNA 또는 유전 암호(genetic code)가 포함되어 있습니다. DNA는 모든 생명체의 발달, 성장, 번식 및 기능에 대한 지침을 전달합니다. 유전 암호(genetic code)의 차이는 어떤 사람이 갈색이 아닌 파란 눈을 가지는 것, 일부 사람들이 특정 질병에 걸리기 쉬운 것, 새가 날개가 두 개 뿐인 것, 기린의 목이 긴 것 과 같은 이유입니다. 놀랍게도 인체의 모든 DNA가 풀리면 태양에 도달했다가 300번 이상 돌아올 수 있다고 합니다.
핵산은 DNA나 RNA의 형태로 모든 유기체에 존재하는 유기 물질입니다. 이러한 핵산은 일련의 서열에서 서로 다른 결합으로 연결된 질소 염기, 당 분자 및 인산염 그룹의 조합으로 형성됩니다. DNA 구조는 우리 몸의 기본적인 유전적 구성을 정의합니다. 사실, 이는 지구상의 거의 모든 생명체의 유전적 구성을 정의합니다.
DNA 란?
간단히 말해서 DNA는 각 개인의 고유한 유전 암호를 포함하는 긴 분자입니다. DNA는 우리 몸이 기능하는 데 필수적인 단백질을 만드는 지침을 담고 있습니다. DNA 지시는 부모에게서 자식으로 전달되며, 아이의 DNA의 약 절반은 아버지에게서, 절반은 어머니에게서 비롯됩니다.
DNA는 부모로부터 자손에게 유전 물질이나 유전 지침을 전달하고 전달하는 역할을 하는 분자 그룹입니다. 이는 바이러스의 경우에도 마찬가지입니다. 대부분의 개체가 유전 물질로 RNA 또는 DNA를 갖고 있기 때문입니다.
예를 들어, 일부 바이러스는 유전 물질로 RNA를 가지고 있는 반면, 다른 바이러스는 유전 물질로 DNA를 가지고 있습니다. 인간 면역결핍 바이러스(HIV)는 RNA를 함유하고 있으며, RNA는 숙주 세포에 부착된 후 DNA로 전환됩니다.
DNA는 모든 생명체의 유전 정보를 유전하는 것 외에도 단백질 생산에도 중요한 역할을 합니다. 핵 DNA는 진핵 유기체의 모든 세포의 핵 내에 포함된 DNA입니다. 이는 유기체 게놈의 대부분을 암호화하고 미토콘드리아 DNA와 색소체 DNA가 나머지를 처리합니다.
세포의 미토콘드리아에 존재하는 DNA를 미토콘드리아 DNA라고 합니다. 그것은 어머니로부터 아이에게 유전됩니다. 인간의 미토콘드리아 DNA에는 약 16,000개의 염기쌍이 있습니다. 유사하게, 색소체는 자신의 DNA를 가지고 있으며 광합성에 필수적인 역할을 합니다.
DNA 구조
DNA는 뒤틀린 것처럼 보이는 두 가닥의 분자로 ‘이중 나선(double helix)’ 이라고하는 독특한 모양을 제공합니다. 두 가닥 각각은 다음으로 구성된 긴 뉴클레오티드(nucleotide)의 시퀀스 또는 개별 단위입니다.
- 인산 분자, phosphate molecule
- 5 개의 탄소를 포함하는 데옥시리보스(deoxyribose)라고하는 당 분자
- 질소 함유 영역, nitrogen-containing region
염기 라고하는 네 가지 유형의 질소 함유 영역이 있습니다 .
- 아데닌, adenine (A)
- 시토신, cytosine (C)
- 구아닌, guanine (G)
- 티민, thymine (T)
이 네 가지 염기의 순서는 우리의 삶에 대한 지침인 유전 암호를 형성합니다. 두 가닥의 DNA 염기가 서로 붙어 사다리 같은 모양을 만듭니다. 사다리 내에서 A는 항상 T에 고착하고 G는 항상 C에 고착하여 ‘단'(rungs) 을 만듭니다. 사다리의 길이는 당과 인산염 그룹에 의해 형성됩니다.
대부분의 DNA는 세포의 핵에 살고 있으며 일부는 세포의 발전소인 미토콘드리아(mitochondria)에서 발견됩니다. 우리는 너무 많은 DNA (각 세포에 2 미터)가 있고 핵은 너무 작기 때문에 DNA를 믿을 수 없을 정도로 깔끔하게 포장해야 합니다. DNA 가닥은 히스톤(histones) 이라고 하는 단백질을 고리로 감고 감아서 감쌉니다. 이 코일 상태에서 염색질(chromatin) 이라고 합니다.
염색질(chromatin)은 수퍼코일링(supercoiling) 이라는 과정을 통해 추가로 응축된 다음 염색체(chromosomes) 라고 하는 구조로 포장됩니다. 이 염색체는 이미지에서 볼 수 있듯이 친숙한 ‘ X ‘ 모양을 형성합니다.
각 염색체는 하나의 DNA 분자를 포함합니다. 인간은 총 23쌍의 염색체 또는 46개의 염색체를 가지고 있습니다. 흥미롭게도 초파리는 8개의 염색체를 가지고 있고 비둘기는 80개의 염색체를 가지고 있습니다.
1번 염색체는 가장 크고 약 8,000개의 유전자를 포함합니다. 가장 작은 것은 약 3,000개의 유전자를 가진 21번 염색체입니다.
유전자 란?, gene
특정 단백질을 암호화하는 각 길이의 DNA를 유전자(gene)라고 합니다. 예를 들어, 한 유전자(gene)는 혈당 수치를 조절하는 데 도움이 되는 호르몬인 인슐린 단백질을 암호화합니다. 인간은 추정치가 다양하지만 약 20,000~30,000개의 유전자를 가지고 있습니다.
우리의 유전자는 DNA의 약 3% 만을 차지하고 나머지 97% 는 잘 이해되지 않습니다. 뛰어난 DNA는 전사 및 번역 조절에 관여하는 것으로 생각됩니다.
DNA는 어떻게 단백질을 생성하나요?
유전자가 단백질을 생성하려면 두 가지 주요 단계가 있습니다.
전사, Transcription
DNA 코드가 복사되어 메신저 RNA (mRNA)가 생성됩니다. RNA는 DNA의 사본이지만 일반적으로 단일 가닥입니다. 또 다른 차이점은 RNA에는 우라실 (U, uracil)로 대체된 염기 티민 (T, thymine)이 포함되어 있지 않다는 것입니다.
번역, Translation
mRNA는 전달 RNA (tRNA)에 의해 아미노산으로 번역됩니다.
mRNA는 코돈(codons) 이라고하는 3 글자 조합으로 읽습니다. 각 코돈은 특정 아미노산 또는 단백질의 구성 요소를 암호화합니다. 예를 들어, 코돈 GUG는 아미노산 발린(amino acid valine)을 코딩합니다. 20 개의 가능한 아미노산이 있습니다.
텔로미어 란?, Telomere
텔로미어(telomere)는 염색체(chromosomes) 끝에서 반복되는 뉴클레오티드(nucleotides) 영역입니다. 그들은 염색체의 끝이 손상되거나 다른 염색체와 융합되지 않도록 보호합니다. 신발 끈의 플라스틱 팁에 비유되어 마모를 방지합니다. 나이가 들어감에 따라이 보호 영역은 점차 작아집니다. 세포가 분열하고 DNA가 복제 될 때마다 텔로미어는 더 짧아집니다.
[Mov] From DNA to protein – 3D
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