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미생물이야기 박테리아와 같은 단세포 생물이거나 인간과 같이 무수한 세포들의 집합체로 이루어진 다세포이거나 관계없이 생물체는 자신에 관한 모든 정보를 유전자 속에 담아두고 있다.
2013-08-14 15:52:37
이엠생명과학연구원

생물의 기본 특징 중의 하나인 자손의 생성을 생각해보자. 박테리아와 같은 단세포 생물이거나 인간과 같이 무수한 세포들의 집합체로 이루어진 다세포이거나 관계없이 생물체는 자신에 관한 모든 정보를 유전자 속에 담아두고 있다. 이들 유전 정보는 DNA라고 불리는 분자로 이루어져 있는데, 컴퓨터의 기억단위가 0과 1의 2진수를 사용하는데 비해, DNA는 A, T, G, C 의 4진수를 이용하고 있다. 약간의 변형이 가해진 DNA가 발견되기도 하지만, 기본적으로는 지구상의 모든 생물들이 동일한 DNA를 유전정보 물질로 사용하고 있다는 것은 경이롭기까지 하다. 어떤 면으로 보면 우리는 호박이나 은행같은 식물, 그리고 박테리아나 심지어는 바이러스와도 본질적으로 다를 게 없다는 것을 의미한다. 

DNA 분자는 정보를 담는 네가지 염기 아데닌, 티민, 구아닌, 시토신이 디옥시리보스라는 탄수화물에 연결된 형태로 존재하며 서로간에 인산기로 연결되어 있는 선형고분자 형태를 가진다. 컴퓨터의 기억은 2차원 혹은 3차원의 배열을 가질수도 있지만 생물체의 유전정보는 1차원적인 방식을 택하고 있는 것이다. 한편 유전정보를 담고 있는 DNA분자는 한가닥으로 되어있지 않고, A-T, G-C간의 상보적인 쌍을 이루며 이중나선을 이루고 있는데, 대개의 경우 두 가닥중 한쪽 가닥만이 유전정보를 담고 있고, 나머지 가닥은 유전정보의 유지, 보수의 역할을 담당하는 상보적인 역할을 담당하므로 이 두 번째 가닥을 상보적 DNA (cDNA)라고 부른다.  


                                  <SGI, U.S. Department of Energy Human Genome Program

 

그럼 이 유전 정보들은 어떤 정보를 담고 있는 것인가? 아직도 밝혀지지 않은 역할이 있을수 도 있겠지만 왓슨과 크릭의 이중나선 보고 이후 DNA로 이루어진 유전정보들은 단백질 합성의 설계도로 사용된다는 것이 정설로 받아들여지고 있다. 즉, 생물의 유전정보란 각종 단백질의 합성에 필요한 정보라고 해석할 수 있다. 바꿔말하면 생체내에서 합성되는 단백질의 종류와 양이 생물의 모든 특성을 결정짓는다는 결론을 내릴 수도 있다. 우리들의 피부색깔, 사고체계, 심지어는 무의식적으로 나타나는 버릇까지도. 

단백질은 기본적으로 20개의 아미노산으로 이루어지며, 세포의 골격을 이루는 구성성분 뿐만 아니라 생체내에서 일어나는 각종 화학반응을 촉매하는 효소들이 모두 단백질로 이루어져 있다. 생체는 단백질 뿐만 아니라 탄수화물이나 지방 등의 유전정보에 포함되어 있지 않은 분자들도 합성하는데, 이들 분자들은 효소의 작용에 의해 만들어지는 2차산물에 해당한다. 단백질 역시 여러 가지 변형을 받을 수 있지만 기본적으로는 DNA와 마찬가지로 아미노산들이 1차원적으로 연결된 선형 고분자이다. 이 때 하나의 단백질을 구성하는데 필요한 DNA의 단위체를 유전자라고 부르며, 개체가 가지고 있는 유전정보 전체를 유전체 (제놈, Genom)이라고 부른다. 각각의 유전자는 양쪽 말단에 단백질 합성의 시작과 끝을 나타내는 암호를 포함한다. 겉으로 드러나는 키, 피부색 등의 유전형질들은 대개 하나 이상의 유전자의 발현이 조합으로 나타난 결과인 경우가 많다. 

 

 

Nonpolar Side Chains
Uncharged Polar Side Chains
Charged Polar Side Chains

 

문제는 원래 설계도인 DNA는 4진법을 사용하고 있는데 비해 단백질은 20진법을 사용한다는 것이다. 자연은 이 문제를 해결하기 위하여 하나의 아미노산을 지정하는데 3개의 DNA 코드를 이용하는 방법을 체택하고 있다. 3개의 코드라면 4 x 4 x 4 = 64개의 정보를 담을수가 있기 때문에 아미노산 20개를 포함하기에 충분하고, 어떤 아미노산들은 중복해서 합성이 지시될 수도 있다. 따라서 한 생물의 DNA 서열만 결정할 수 있으면 생성해내는 단백질을 모두 알 수 있게되고, 이론적으로는 생물의 모든 특성까지도 알아낼 수 있을 것이다. 이러한 이유로 인간의 유전정보 전체를 DNA 서열을 규명함으로써 밝혀내고자 하는 연구가 활발히 진행중인데 이를 제놈 프로젝트라고 한다. 인간의 염기서열은 약 30억쌍에 해당하며, 유전자수는 약 30만개 정도로 추정되고 있다. 적혈구 등 일부 세포를 제외하면 모든 세포는 동일한 유전정보를 세포핵 속에 보관하고 있는데, 세포의 종류나 환경에 따라 단백질을 발현시키는 유전자는 대략 전체의 1/10 정도라고 알려져 있다. 다시 말해 인간 세포의 경우, 대략 3만개 정도의 단백질이 합성되고 있으며 이때 합성되는 단백질의 종류에 따라 근육, 뼈, 신경 세포등 각각의 특성을 나타내게 되는 것이다. 이중 나선을 이룬 DNA의 염기당 길이가 3? 정도이므로 인간의 세포 하나가 가진 DNA의 총길이는 대충 1m 정도에 해당한다. 


                                                                       <http://www.discoverbiology.com>




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