[Science Dream] 도대체 DNA는 왜 그렇게 중요한 걸까?｜유전학 여행기-2탄

 

 

 

유전물질의 정체가 DNA로 판명 난 20세기 중반

과학자들은 너도 나도 DNA 연구에 뛰어들었습니다.

 

그들의 최대 관심사는 DNA의 구조였는데요

당시 생화학 분야의 권위자였던 라이너스 폴링,

패기로 똘똘 뭉친 왓슨과 크릭

X-ray회절 연구의 대가인 로잘런드 프랭클린과 윌킨스 등이

DNA 구조를 파고들었습니다.

 

그리고 마침내!

1953년 4월, 왓슨과 크릭이

가장 먼저 DNA의 정확한 구조를 밝혀내는 데 성공합니다.

 

이들이 밝혀낸 DNA는 바로 이중나선 구조였습니다.

이 모양, 너무 친숙 하지죠? ㅎㅎㅎ

 

DNA는 정말 간단한 분자였습니다.

4개의 염기와 그 옆에는 5개의 탄소를 포함한 당

그리고 인산기, 이것이 거의 전부였죠.

 

아데닌(A)은 티민(T)과 C(사이토신)는 G(구아닌)와

짝을 이루고 있는 이중 나선구조에 불과했습니다.

 

그리고 A, T, C, G가 별 의미 없는 순서로

쭈~~욱 늘어서 있을 뿐이었죠.

 

그런데 말입니다!

DNA의 구조를 밝힌 과학자들은 또 다른 고민에 빠졌습니다.

체내에서 별 기능도 없고 성분조차 정말이지 너무나도 볼품없는 DNA가

어떻게 그토록 중요한 유전물질의 역할을 하는지가

무척이나 궁금했던 겁니다.

 

과학자들의 고민이 깊어지던 중

구원 투수가 등장합니다.

바로 프랜시스 크릭!

 

크릭은 놀라 자빠질만한 과감한 가설 하나를 던집니다.

이름하여 센트럴 도그마! 중심원리였죠.

 

크릭의 주장은 이랬습니다.

세포핵 안에 있는 DNA 중 한 가닥을 틀로 삼아

RNA가 합성되고, 이 RNA를 번역하면

단백질이 만들어진다는 겁니다.

 

크릭은 이 합성 방향은 오직 한쪽 방향이며

반대의 경우는 없다고 주장했죠.

그의 통찰은 정말 놀라웠습니다.

 

우리 몸에 그토록 중요하며 다양한 기능을 수행하는 단밸질이

DNA에 담긴 정보에서부터 만들어진 거라면

DNA는 정말이지, 엄청나게 중요한 분자이자 유전물질로써 자격이 충분했던 거죠.

 

이후 많은 과학자들은 이 중심원리를 파고들며 증명해 내기 시작합니다.

여기에도 수많은 과학자들의 업적과 이벤트들이 있겠지만

지금 이 영상을 보고 계신 시청자분들은 그저 그들이 남긴

아름다운 결과만을 즐기고 맛보면 되지 않을까요?

 

자, 그럼 DNA에서 단백질이 되는 과정을

간단하고 알기 쉽게 비유적으로 살펴볼까 합니다.

 

자, 여기 세포 핵 안에 DNA가 있습니다.

 

이 DNA 중 한 가닥의 염기 서열을 틀로 하여

mRNA가 합성됩니다.

요리에 빗대면 DNA는 두꺼운 요리책이고

mRNA는 이 책의 특정 요리 레시피만을 복사한 셈입니다.

 

이 과정을 전사라고 합니다.

이 mRNA는 적당한 가공을 거친 후,

핵을 빠져나와 세포의 단백질 합성 공장인 소포체에 도착한 뒤

이곳에서 단백질을 만드는 리보솜과 결합합니다.

 

요리에 빗대면 리보솜은 요리사입니다.

mRNA에 적힌 레시피를 보고 요리, 즉 단백질을 만드는 거죠.

 

여기서 질문!

mRNA에 적힌 레시피란 도대체 뭘까요?

이 레시피는 바로 mRNA의 염기 서열입니다.

 

DNA의 염기 서열을 바탕으로 전사된 서열이죠.

mRNA가 지닌 염기 서열은 세 개가 짝을 이뤄

하나의 아미노산을 지정하는데요

이 서열 순서에 따라 지정하는 아미노산의 종류가 달라집니다.

 

과학적 용어로는 이를 ‘트리플렛 코드’라고 하는데

쉽게 말해 염기 서열이 이러면 이 아미노산!

서열이 요러면 요 아니노산을 지정한다고 생각하면 됩니다.

 

그리고 아미노산의 서열은 단백질의 기능과 직결됩니다.

대표적인 예로 적혈구의 헤모글로빈이란 단백질은

반드시 이런 아미노산 서열로 이루어져 있어야 하죠.

 

여기서 서열이 조금이라도 바뀌면 전혀 다른 기능을 가진 단백질이 됩니다.

다시 본론으로 돌아와서 이렇게 mRNA가 리보솜과 결합하고 나면

단백질을 만드는 재료들,

즉 단백질을 이루는 기본 분자인 아미노산이 필요하겠죠?

 

빵셔틀, 아니 아미노산 셔틀은 tRNA가 담당합니다.

tRNA는 아미노산을 하나씩 리보솜에게 가져다 `주면

리보솜은 mRNA에 적힌 염기서열을 바탕으로

차례차례 아미노산을 이어붙여 폴리펩타이드 사슬을 만들고

이 사슬은 분자의 전기적 성질에 의해

접히고 말리는 등 구조적 변형이 일어나면서

기능과 모양을 갖춘 진정한 단백질이 됩니다.

이렇게 단백질이 만들어지는 과정을 번역이라고 합니다.

 

앞선 과정들을 간단히 요약하면

DNA라는 요리책에는 색소, 호르몬, 효소, 막단백질 등

수많은 단백질 요리의 레시피가 적혀 있습니다.

 

그리고 mRNA는 이 레시피들 중 필요한 것만 복사하고

리보솜은 이 mRNA에 적힌 레시피를 보고

특정한 단백질 요리를 만드는 겁니다.

 

생명 현상이 수많은 단백질들로부터 비롯된다는 사실을 떠올리면

DNA는 생명체의 모든 정보를 담고 있는 셈이죠.

 

즉, DNA는 염기 서열이라는 정말 놀라운 방식으로

우리 몸의 유전 정보를 저장하고 있었던 겁니다.

 

그리고 인간 세포의 DNA는 무려 30억 염기쌍으로 이뤄져 있으니

정보의 양은 실로 어마무시합니다.

 

그래서 DNA의 염기 서열에 돌연변이가 일어나면

전혀 다른 단백질이 만들어지기도 합니다.

대표적인 예가 겸상적혈구빈혈증인데요

이 병을 앓고 있는 환자들은 적혈구의 모양이 보통 사람과는 다릅니다.

 

이 환자들은 헤모글로빈 단백질의 아미노산 서열 중

단 하나만 정상 단백질의 서열과 다릅니다.

 

여섯 번째 아미노산이 글루탐산이 아닌 발린으로 되어 있죠.

이 아미노산 하나의 차이가 적혈구의 변형을 가져왔고

빈혈을 일으킨 겁니다.

 

DNA 염기 서열의 중요성을 여실히 보여주는 사례죠.

특히 이 중심원리 덕분에 분자생물학이 태동하게 되고

세포생물학, 유전학 등이 급속도로 발전해 현재의 이르게 됐습니다.

 

또, 생물학 여러분과들의 실험에 큰 영향을 끼쳤죠.

단백질을 분석해

거꾸로 이를 지시하는 DNA의 서열을 알아내는가 하면

DNA의 특정 염기 서열을 망가뜨려

해당 서열이 지시하는 단백질의 기능을 연구하기도 합니다.

 

지금도 이 영상을 시청하고 계시는 여러분들의 세포 속에서는

DNA란 요리책을 바탕으로 정말이지 엄청나게 많은

단백질 요리들이 만들어지고 있습니다.

 

물론 이 중심원리만으로 설명할 수 없는 현상도 더러 존재합니다.

이를테면 RNA를 바탕으로 DNA를 만드는 역전사바이러스

또, DNA나 RNA없이 형질을 전환시키는 단백질인 프로온 등이 있죠.

 

하지만 이는 어디까지나 예외일 뿐

현재 분자생물학은 이 중심원리를 바탕으로 발전하고 있습니다.

 

DNA!

익숙한 듯 익숙하지 않은 단어였어요.

이 영상을 통해 여러분이 조금이나마 DNA에 친숙해졌으면 참 부듯할 것 같습니다.