DNA 구조와 복제: 생명의 코드와 자기 복사 원리
CBE가 반드시 묻는 세 가지: 네 가지 염기(A, T, G, C)와 그 짝짓기, 이중나선 구조, 반보존적 복제. 그리고 복제를 가능하게 하는 네 가지 효소.
DNA를 세 조각으로 보라
CBE는 DNA를 다음 세 조각으로 예측 가능하게 시험합니다.
- 구조 — 이중나선, 당–인산 골격, 염기쌍.
- 염기 짝짓기 규칙 — A는 항상 T와, G는 항상 C와.
- 복제 — 세포분열 전에 이중나선이 어떻게 자신을 복사하는가.
구조: 이중나선
DNA는 꼬인 사다리처럼 보입니다.
- 사다리의 옆면은 당(디옥시리보스)과 인산이 번갈아 이어져 만들어집니다.
- 가로대는 수소결합으로 연결된 질소염기의 쌍입니다.
- 사다리 전체가 꼬여 나선(helix)이 됩니다(그래서 “이중나선”).
네 가지 염기 — 그리고 오직 두 가지 짝
DNA에는 정확히 네 가지 염기가 있습니다.
- Adenine (아데닌) — T와만 짝을 이룸
- Thymine (티민) — A와만 짝을 이룸
- Guanine (구아닌) — C와만 짝을 이룸
- Cytosine (사이토신) — G와만 짝을 이룸
염기쌍 규칙
A는 T와, G는 C와 짝을 이룬다. 언제나. “Apples in Trees, Cars in Garages”로 외우세요. 한 가닥이 5'-ATCG-3'이라면, 상보 가닥은 반드시 3'-TAGC-5'이어야 합니다 — 모든 A는 T가 되고 모든 G는 C가 되며, 그 반대도 마찬가지입니다.
RNA: 한 가지가 바뀐 사촌
RNA는 DNA와 세 가지 차이가 있습니다.
- RNA는 단일 가닥이고, DNA는 이중 가닥입니다.
- RNA는 리보스를, DNA는 디옥시리보스를 사용합니다.
- RNA는 티민(T) 대신 유라실(U)을 사용합니다. 그래서 RNA에서는 A가 U와 짝을 이룹니다.
복제: 반보존적
어떤 세포든 분열하기 전에 자신의 DNA를 복사해야 합니다. 이 복사 메커니즘을 반보존적 복제라고 부르며, 이는 새로 만들어진 각 이중나선이 기존 가닥 하나와 새로 합성된 가닥 하나로 이루어짐을 의미합니다. 절반은 보존되고 절반은 새롭습니다.
반드시 알아야 할 네 가지 효소
복제는 잘 조율된 팀이 필요합니다.
- 헬리케이스(Helicase) — 복제 분기점에서 두 부모 가닥을 풀고 분리합니다.
- DNA 중합효소(DNA polymerase) — 주형을 3'→5' 방향으로 읽고 5'→3' 방향으로 합성하며 새 뉴클레오타이드를 추가합니다.
- DNA 연결효소(DNA ligase) — 지연 가닥에서 작은 오카자키 절편을 이어 붙입니다.
- 프라이메이스(Primase) — 중합효소가 시작하기 위해 필요한 짧은 RNA 프라이머를 깔아줍니다.
스스로 점검하기
빠른 점검 #1
DNA 한 가닥이 5'-ATCG-3'이라면 상보 가닥은?
A는 T와, G는 C와 짝을 이룹니다 — 염기별로 A→T, T→A, C→G, G→C. 따라서 5'-ATCG-3'의 상보는 3'-TAGC-5'.
빠른 점검 #2
각 딸 DNA 분자는 부모의 한 가닥과 새로 합성된 한 가닥을 포함합니다. 이것을 무엇이라 부르나요?
‘반(Semi)’은 절반을 뜻합니다. 새 이중나선의 절반(한 가닥)이 부모로부터 보존되며, 이는 1958년의 고전적 Meselson–Stahl 실험으로 확인되었습니다.