1. DNA와 RNA의 구조
DNA와 RNA는 유전자 정보(핵산)로 뉴클레오타이드(nucleotide)라 부르는 화학적 단위체의 긴 사슬로 이루어져 있습니다. 뉴클레오타이드는 핵산을 구성하는 기본 단위이며 인산그룹, 당, 염기 세 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다.
먼저 인산 그룹(Phosphate group)은 뉴클레오타이드의 한 부분으로, 다른 뉴클레오타이드와 결합하는 데 중요한 역활을 합니다. 당(Deoxyribose)은 디옥시리보스가 포함되어 있으며, DNA는 리보스와 달리 2번 탄소에 산소가 결여되어 있습니다. 당은 DNA 가닥의 뼈대 역할을 합니다. 마지막 염기(Nitrogenous base)는 DNA의 유전 정보를 저장하는 부분으로, 아데닌(A). 티민(T), 구아닌(G), 시토신(C)이라는 4종의 염기가 존재하며 RNA는 티민(T) 대신 우리실(U) 염기를 가지고 있습니다.
DNA는 두 가닥이 서로 결합하여 이중 나선 구조를 형성하며, 연결은 염기쌍(base pairs)을 통해 이루어집니다. 아데닌과 티민은 두 개의 수소 결합으로 형성되며, 구아닌과 시토신은 세 개의 수소 결합으로 형성됩니다. 이러한 염기쌍들의 상보적인 결합으로 이루어져 DAN의 이중 나선 구조를 유지하고 있습니다.
2. 왓슨과 크릭이 발견한 DNA 이중 나선 구조
왓슨과 크릭은 1953년 프랭클린과 윌킨스의 X선 결정 사진을 통해 DNA의 이중 나선 구조를 알게 되었습니다. 프랭클린은 X선 회전 기법을 사용하여 DNA의 결정 구조를 촬영하였으며, 이 사진들을 통해 왓슨과 크릭이 DNA 구조를 이해하는데 많은 단서를 제공하였습니다.
왓슨&크릭 모델의 DNA 구조에 대해 4가지 사실을 알아낼 수 있었습니다.
첫째, DNA는 이중 나선 구조(Double Helix) 이다. 왓큰과 크릭은 DNA가 두 개의 긴 가닥이 서로 꼬여서 이중 나선 구조를 형성하는 것을 발견하였습니다. 둘째, DNA 가닥에서 아데닌은 티민과 결합하고, 구아닌은 시토신과 수소결합 하여 이들이 상보적인 규칙에 따라 결합하는 것을 발견하였습니다. 셋째, DNA의 두 가닥은 서로 반대 방향으로 배열된 것을 발견하였습니다. DNA 하나의 가닥은 5'에서 3' 방향으로 배열하며 다른 가닥은 3'에서 5' 방향으로 배열되어 있습니다. 넷째, DNA는 뉴클레오타이드라는 기본 단위가 여러 개 결합하여 형성됩니다. 각각의 뉴클레오타이드는 인산, 당, 염기로 구성되며 염기는 아데닌, 티민, 구아닌, 시토신 네 가지 중 하나입니다.
왓슨과 크릭이 발견한 DNA 이중 나선 구조는 현대 생물학 및 유전학에 많은 영향을 끼치고 있습니다.
3. DNA의 기능
DNA는 생물의 유전 정보를 저장하고 전달하는 중요한 역할을 수행합니다.
첫쨰, DNA는 생물체의 유전자 정보를 저장하는 역할을 합니다. 모든 생물의 기능, 형태에 관한 정보는 DNA의 염기 서열에 암호화되어 있습니다. 이 염기 서열은 생물의 모든 특성을 결정하는 유전 정보를 포함하고 있습니다. 둘째, DNA는 세포 분열을 통해 유전 정보가 복제되어 부모 세포에서 자식 세포로 전달됩니다. 복제(Replication)는 세포가 분열할 때마다 DNA는 정확히 복제되어 전달됩니다. 이 떄 DNA 복제는 상보적 염기쌍 형성 원리에 의해 진행됩니다. 셋쨰, DNA에 저장된 유전 정보는 RNA를 통해 단백질 합성에 사용됩니다. 이 과정 전사와 번역 두 단계로 진행됩니다. 전사(Transcription)는 DNA의 특정 부분이 RNA 폴리머라제 효소에 의해 RNA로 복사되는 것을 의미합니다. 번역(Translation)은 전사된 mRNA는 리보솜에서 tRNA가 아미노산을 운반하여 단백질을 합성하는 것을 의미합니다. 넷째, DNA는 유전자 발현 조절에 중요한 역할을 합니다. 모든 유전자가 항상 발현되는 것이 아니라, 특정 신호에 의해 유전자 발현이 조절되어 세포가 필요할 떄만 특정 단백질을 생산하고도 합니다. 유전자 조절은 유전자 발현 프로모터(Promoter)와 같은 조절 요소에 의해 제어됩니다. 다섯째, DNA는 유전자 변이 발생하여 돌연변이가 형성되고 이는 진화에 중요한 역할을 합니다. 여섯재, DNA는 세포가 외부 환경에 의해 손상되거나 세포 분열 중 오류가 발생하면 DNA 복구 기전을 통해 세포 손상 수선을 합니다.