[생화학] 7.1 : 핵산(nucleic acid)

 

 

이번 포스트에서는 핵산의 기본적인 특징들에 대해 알아보자.

 

 

 

 

위 그림에는 각종 nucleotide, nucleic acid들이 나타나 있음. 이들의 이름을 잘 알아둘 필요가 있음. 특히 위 그림 위쪽에 나와있는 것이 각종 deoxyribonucleotide이며 아래쪽에 나와있는 것이 각종 ribonucleotide임.

 

 

 

 

위 표에는 DNA와 관련해 주어진 novel prize들이 다 정리되어서 나타나 있음.

 

 

 

 

이제 DNA와 관련된 각종 역사적인 실험들에 대해 알아보자.

 

 

 

 

우선 위 그림에는 Griffith의 실험이 나타나 있음. 보면 S형균과 R형균, 그리고 가열해 죽인 S형균+R형균을 쥐에게 infection시켰을때 어떻게 되는지를 보여주고 있음. 이 때 가열해 죽인 S형균에 R형균을 섞으면 transformation이 되면서 무언가가 전달되게 됨.

 

 

 

 

한편 Avery, MacLeod, Macarty는 위와 같은 실험을 통해 전달되는 유전물질이 DNA임을 입증함. 보면 DNase, RNase, protease를 처리했을 때 DNase를 처리했을 때만 transformation이 일어나지 않음.

 

 

 

 

그리고 위 그림에 나타나 있는 Hershey-Chase는 35S로 protein을 표지하고 32P로 DNA를 표지한 채 bacteriophage infection 실험을 수행함. 그 결과 DNA가 유전정보를 전달한다는 확신을 얻을 수 있었음.

 

 

 

한편 DNA와 관련된 이후 다양한 연구들에 의해서 Chargaff's rule(샤가프의 규칙)이 발견됨.

 

 

 

 

위 그림에 Chargaff's rule이 나타나 있음. 일단 이 rule은 paper chromatography를 이용해 알아낸 것임.

 

 

첫 번째 rule은 A와 T, G와 C의 contents가 거의 같다는 것임. 두 번째 rule은 종에 따라서 base composition이 vary하다는 것임. 물론 이 때도 한 개체 내에서는 이 비율이 거의 동일하다는 것 또한 확인함.

 

 

 

 

그러던 중 위 그림에 나타나 있는 것처럼 Watson과 Crick은 위 그림 오른쪽의 x-ray crystallography 사진을 바탕으로 DNA가 double helix로 이루어져 있음을 주장함. (참고로 이 때 x-ray diffraction image를 푸리에변환해서 DNA 이중나선 구조를 파악함. 보면 푸리에 변환을 거치면서 reciprocal하게 값이 바뀌는 것을 알 수 있음)

 

 

 

 

 

다음으로 Meselson-Stahl experiment에 대해 살펴보자. 보면 처음에는 heavy atom labeling된 N을 넣어줬다가 이후 다시 light atom labeling된 N을 넣어주면서 DNA 복제에 따라서 어떤 식으로 이들의 구성이 변하는지를 centrifuge로 확인함. 그 결과 DNA가 semiconservative하게 replication한다는 것을 알게 됨.

 

 

 

 

nucleic acid는 nucleotide의 polymer이며 genetic information을 저장하는 용도(DNA), genetic information을 transmission하는 용도(mRNA), genetic information을 processing하는 용도(ribozyme), protein synthesis의 용도(tRNA, rRNA) 등으로 많이 사용됨.

 

 

한편 nucleotide는 monomer 형태로도 다양한 곳에 사용됨. 대표적인 예가 metabolism의 energy를 제공하는 ATP, enzyme cofactor로 작용하는 NAD+, signal transduction에서 second messenger 역할을 하는 cAMP 등이 있음.

 

 

참고로 NAD+는 노화에서도 중요하게 생각되는 factor 중 하나임. 이 녀석은 DNA deacetylase와 같은, 노화를 control할 수 있는 단백질의 조효소로도 사용되는데, 노화가 이루어질수록 NAD+ 농도가 떨어지게 됨. 따라서 전구체 등을 넣어서 NAD+를 boost할 시 노화 관련 질환을 완화시키거나 치료하는 하나의 방법이 될 수 있음.

 

 

 

 

nucleotide는 위 그림과 같이 nitrogenous base, pentose sugar, phosphate로 이루어져 있음. 참고로 base는 위 그림 (b)와 같이 nitrogen이 포함된 ring structure로 이루어져 있으며, ring이 1개인 pyrimidine과 ring이 2개인 purine으로 구분됨. 이 때 base를 이루는 N, C의 numbering 규칙에 대해 잘 기억해둘 필요가 있음. 보면 N과 N 사이에서 위와 같이 1, 2, 3...의 식으로 numbering을 하게 됨. (눈여겨볼 것) 이들 numbering은 이후 살펴볼 base modification 명명 시 아주 유용하게 사용될 수 있음.

 

한편 nucleoside는 base, sugar만을 지칭할 때 사용하는 개념임.

 

 

 

Johannes Friedrich Miescher는 1869년에 cell nuclei 내에 phosphate-rich한 chemical들이 많이 있음을 확인하고 이를 nuclein이라 이름붙임.

 

 

 

 

한편 위 그림과 같이 base들의 이름은 Kossel이 붙임. 이 때 adenine은 gland로부터 이름을 붙였고 cytosine은 cyto(cell)로부터 유래되었으며, guanine은 guano라는, 새똥을 의미하는 spanish에서, thymine은 thymus gland에서 추출되어서 이런 식으로 이름붙여지게 됨. 마지막으로 uracil은 uric acid로부터 derivation되었다고 해서 이름붙여짐.

 

 

 

 

위 표는 주의깊게 봐둘 필요가 있음. 보면 base의 경우 adenine, guanine, cytosine, thymine, uracil과 같으며, 이들에 sugar가 붙은 nucleoside는 각각 adenosine, guanosine, cytidine, thymidine, uridine으로 불림. 한편 nucleoside에 인산이 하나 더 붙은 형태인 nucleotide는 adenylate, guanylate, cytidylate, thymidylate, uridylate로 이름지을 수 있음.

 

 

 

 

위 그림상에서 주황색으로 highlight된 부분이 nucleoside임. 한편 nucleoside 내에 존재하는 sugar에서 2'(base numbering과 헷갈리지 않기 위해 '을 붙여줌) 위치에 있는 C에 OH가 달려있으면 이 경우 RNA의 구성성분이 되고, H가 달려있으면 DNA의 구성성분이 됨. 위 그림의 경우 2번 탄소에 H가 달려있으므로 이 경우 deoxy를 이름 명명 시 앞에 붙여주면 됨.

 

 

 

한편 위 그림에는 2' C에 OH가 달려있는 각종 ribonucleotide들이 나타나 있으므로 참고할 것. 참고로 이들 nucleotide들을 이름붙일 때 단순히 dA, A와 같은 식으로 naming하거나, 혹은 dAMP와 같은 식으로 naming하게 됨. (이 때 d는 deoxy를 의미함)

 

 

다음 포스트에서는 염기(base)에 대해 자세히 알아보자.