Molecular structure of DNA

우리는 이미 DNA의 개요에 대한 수업을 했었기 때문에

이 강의보다 그 강의를 먼저 보기를 추천합니다.

이번 강의에서 배우고자 하는 것은

좀 더 깊이 파보는 것입니다.

정확히는 DNA의 분자구조에 대한 것입니다.

여기가 시작점입니다.

우선 DNA가 뭐의 약자인지 기억을 되살려봅시다.

각각의 철자를

다른 색깔로 표시하겠습니다.

D는

디옥시리보(Deoxyribo),

N은

핵(Nucleic),

A는 산(Acid)의 약자입니다.

이것을 이쪽에 놓고

이제는 실제 분자구조를 들여다봅시다.

그리고 이 구조가 어떻게 이름과 연관이 있는지 살펴봅시다

디옥시리보핵산

DNA는 그저 핵산의 접합입니다

그리고 핵산은 세포의 핵에

있기 때문에 핵산이라고 불립니다.

진핵세포의 세포핵 속에서 발견됩니다.

이렇게 '핵'이라는 수식어가 붙게 되었습니다.

이것이 왜 '산'이라고 불리는지에 대해서는

조금 있다가 설명드리겠습니다.

각각의 DNA분자는

뉴클레오타이드라고 불리는

사슬로 이루어져 있습니다.

그러니까 DNA는 뉴클레오타이드로

만들어져 있습니다.

뉴클레오타이드는 어떻게 생겼을까요?

여기 두 가닥의 DNA가 있습니다.

이 두 개의 DNA가닥을 확대해보겠습니다.

이 두 개의 DNA가닥을 확대해보면,

이 부분을

사다리의

한 쪽 골격이라고 할 수 있습니다.

이 쪽은 사다리의 반대쪽 골격이고,

사이사이에 사다리의 발판도 있습니다.

이 분자들이 무엇인지는 조금 있다가 얘기하도록 하겠습니다.

이것들은 사다리의 발판이라고 볼 수 있는 부분입니다.

이 뉴클레오타이드를

분리해 보겠습니다.

여기서 경계선 안에

있는 부분은

뉴클레오타이드라고

할 수 있습니다.

이것이 하나의 뉴클레오타이드입니다.

그리고 이 뉴클레오타이드가

여기에 있는 다른 뉴클레오타이드와

연결이 되어 있습니다.

오른쪽에도 마찬가지로

뉴클레오타이드가 있습니다.

조금 다른방식으로

해보도록 하겠습니다.

오른쪽에 여기 뉴클레오타이드가 있고,

그 아래에 또 다른

뉴클레오타이드가 있습니다.

이 그림에는

총 4개의 뉴클레오타이드가 있습니다.

이 두 개는 사다리의 왼쪽에 있고,

이 두 개는 사다리의 오른쪽에 있습니다

이제 뉴클레오타이드의

다른 부분에 대해 생각해봅시다.

여러분들이 신기하게 생각하실 수 있는게

여기에 인산기가 있다는 것입니다.

여기 있는 것이 인산기이고,

밑에 있는 이것도 인산기입니다.

각각의 뉴클레오타이드는 이런 인산기를 갖고 있습니다.

이 부분도 인산기,

이 부분도 마찬가지로 인산기입니다.

이 인산기가 실제로 DNA를 만드는 것입니다.

정확히는 핵산이 '산'이 되게 합니다.

그렇다면 이런 질문을 할 수도 있습니다.

여기 그려진대로라면

여기에는 음극의 전하가 있는데,

음전하는 양성자를

끌어당깁니다.

이것을 어떻게 '산'이라고 부를 수 있을까요?

산이 아니라 염기가 아닐까요?

DNA가 일반적으로

음극의 전하들과 그려지는 이유는

이것이 너무나 강산이라

중성의 용액에 넣으면

실제로 이것들은 수소를 잃기 때문입니다.

사실은, 정확하게 얘기하자면

DNA 분자는 실제로

이렇게 수소 이온이 더해진 인산기를 갖고 있습니다.

하지만 DNA는 이 수소 이온을 잃고 싶어합니다.

그림으로 설명드리겠습니다.

이 뉴클레오타이드의 음전하만 잠시 지워보겠습니다.

이 인산기에서만 지워 보겠습니다.

여기의 음전하를 지우고

이것이 수소와

결합되어 있다면,

이 수소는 이 전자들을 붙잡고 싶어하지만

이 산소는 이 전자들을 붙잡을 수 있습니다.

그리고 이 수소는 물 분자나 다른 무언가와

결합하게 될 것입니다.

이렇게 DNA는 이 양성자를 잃게 됩니다.

이것이 우리가 DNA를 '산'이라고 부를 수 있는 이유입니다.

DNA가 용액 속에 있지 않았더라면 수소를 계속 가지고 있었을 테지만

중성 용액에 넣자마자 수소를 잃기 때문에

매우 강한 산성이 되는 것입니다.

인산기가 DNA를 '산'으로

만들어 주는 것입니다.

가끔씩은

이 음전하가 그려진 그림들을 보면

헷갈리기도 합니다.

하지만 그것은 DNA가 이미 수소 양성자를 잃었기 때문입니다.

여기에는 짝염기로 나와있지만,

처음에 양성자와 결합되어 있던 상태였기 때문에

이것은 산성의 이름을 갖게 됩니다.

혹은 양성자와 결합했지만, 곧 양성자를

잃기 때문에 산의 형태로 만들어 집니다.

자, 그래서 이것이 DNA가

'산'이라는 이름을 갖게 되는 이유입니다.

각각의 뉴클레오타이드는 인산기가 있습니다.

그래서 다음으로

눈에 띄는 것은

여기 있는 부분일 것입니다.

이것은 고리 모양 입니다.

그리고 당의 구조와 많이 닮아있는데,

이것이 실제로 당이기 때문입니다.

이 당은 오탄당입니다.

여기서 제가 그린것은 리보오스입니다.

이 당은 리보오스라는 것입니다.

이것은 당이 긴 사슬 모양일 때이고,

다른 당들처럼 고리 모양이 될 수 있습니다.

사실 여러가지 고리 모양이 될 수 있는데,

여기 있는 모양이 가장

기본적이라고 할 수 있습니다.

DNA를 얘기할 때는

탄소에 번호를 매기는 것이 중요하기 때문에

번호를 한 번 매겨 보도록 하겠습니다.

카르보닐기가 여기서 시작하면,

이 탄소를 첫번째 탄소, 혹은 원 프라임 탄소라고 부릅니다.

첫 번째, 두 번째, 세 번째,

네 번째, 다섯 번째.

이것이 다섯 번째 탄소입니다.

만약에 산소가 있으면,

고리 형태의 리보오스를 만들 수 있습니다.

여기 네 번째 탄소에

산소가 결합되어 있습니다.

이 산소는 한 쌍의

고립전자쌍을 이용해서

첫 번째 탄소와

결합을 형성합니다.

이렇게 말입니다.

제가 이렇게 그린 이유는

실제로 이렇게 휘기 때문입니다.

분자 전체가 이렇게 휘어야지만

이 고리 형태를 만들 수 있습니다.

이 결합이 형성되면

이 탄소는 이 이중결합 중 하나를 풀 수 있고,

여기 있는 산소가

그 결합을 할 수 있습니다.

이 산소는 그 전자들을 사용해서

수소 양성자를 데려올 수 있습니다.

그래서 이렇게 수소 양성자와 결합하게 됩니다.

이 과정을 모두 거치면,

이런 고리 모양이 됩니다. 그리고 여기서 탄소의 번호를 매기면,

이것이 첫 번째 탄소입니다.

첫 번째, 두 번째, 세 번째,

네 번째, 다섯 번째 탄소입니다.

이 결합을 보면,

이것이 첫 번째 탄소입니다.

이 탄소는 카르보닐기의 일부였습니다.

하지만 여기의 이중결합 중 하나를 풀어

이 산소가 수소 양성자와

결합을 형성할 수 있게 합니다.

그러니까, 여기의 이중결합을 풀어

이 산소가 수소 양성자와 결합할 수 있게 됩니다.

이 수소 양성자는

여기 있는 수소 양성자와 같은 것입니다.

그리고 이 네 번째 탄소와의

초록색 결합은, 아니 네 번째 탄소와

결합되어 있는 산소와 첫 번째 탄소의

초록색 결합은,

여기 이 결합입니다.

이 초록색으로 표시된 것과 같습니다.

그리고 이 산소는 여기 산소와 같습니다.

보시면 원래 네 번째 탄소에 있던 산소는

지금은 첫 번째 탄소에도 결합되어 있습니다.

여기 보시면 원래

수소에도 결합되어 있었습니다.

그래서 저 수소가 여기 있습니다.

하지만 이 수소는 다른 물 분자와

결합해서 히드로늄이 되어

떨어질 수 있습니다.

여기에서 이미 수소 양성자가 하나 결합했기 때문에

여기에서 수소 양성자를 잃어도 괜찮습니다.

더하고 뺐기 때문에 결과적으로는 아무 변화가 없습니다.

그래서 이렇게 고리 형태가

만들어지게 되는데 이것은

DNA 분자에서 볼 수 있는 구조와 매우 비슷합니다.

사실 RNA 분자, 리보핵산에서

볼 수 있는 모양입니다.

자, 그러면 디옥시리보 핵산은

뭐라고 생각합니까?

일단 여기 리보오스로부터 시작해서

여기 있는 산소 중 하나,

특히 이것을 없앤다면

아니, 그냥 산소 중 하나를 없애고

히드록시기를 그냥 수소로 대체한다면,

디옥시 리보오스가 만들어집니다.

여기 있는 것처럼 말입니다.

여기 오탄당 고리에서,

여기 네 개의 탄소가 있습니다.

이 오탄당이랑 똑같이 생겼습니다.

항상 봐왔던 것처럼 수소는 탄소에

붙어있으니 생략합니다.

탄소들은 이 선들이 교차하는 곳이나

모서리나

선이 끝나는 곳에 위치해 있습니다.

하지만, 여기 보이듯이 DNA의 당은,

두 개의 당 분자를 비교해보면,

이 당 분자는,

이 분자는 OH가 있고,

이 분자는, 아니 다시 얘기하자면

여기에는 OH와 H가 있지만,

여기에는 그냥 두 개의 수소가 생략되어 있습니다.

이 분자는 산소가 하나 없습니다.

이것이 디옥시 리보오스입니다.

디옥시 리보오스라고 합니다.

디옥시 리보오스는 이 산소가 없습니다.

두 번째 탄소에 있는 산소가

없다는 얘기입니다.

그래서, 이 수소를 없애면 디옥시 리보오스가 됩니다.

이 부분을 동그라미 쳐보도록 합시다.

이 동그라미 안의 부분이,

디옥시 리보오스입니다.

정확하게는 디옥시 리보오스에 기초되었다고 해야 합니다.

이 전에는 아마 다른 물질들에 결합되어 있었을 것입니다.

어쨌든 이것을 디옥시 리보오스라고 얘기할 수 있습니다.

여기서 DNA의 이름의 일부인 디옥시 리보오스가 나오는 것입니다.

그리고 마지막 부분,

여기 있는 마지막 부분을 봅시다.

이것을 우리는 질소성 염기라고 부릅니다.

질소성

질소성 염기라고 합니다.

질소성 염기에는 여러가지 종류가 있습니다.

이것이 질소성 염기입니다.

그리고 이것은 다른 종류의 질소성 염기입니다.

이것은 또 다른 질소성 염기입니다.

여기 보시면 이거와 이것은 하나의 고리만 갖고 있고,

이것은 두 개의 고리를 갖고 있습니다.

이것도 마찬가지로 두 개의 고리를 갖고 있고,

우리는 이 질소성 염기에 대해

다른 이름을 붙혀 주었습니다.

이 두 개의 고리를 가지고 있는 것들을 묶어서

우리는 퓨린이라고 부릅니다.

질소성 염기중에서

두 개의 고리를 가지고 있으면 퓨린이라고 부릅니다.

이것은 그냥 포괄적인 분류용어입니다.

다시 한번 말하면, 퓨린입니다.

만약에 한 개의 고리만 가지고 있다면,

그냥 이렇게 쓰겠습니다.

하나의 고리가 있으면

우리는 그것들을 피리미딘 이라고 부릅니다.

피리미딘 이라고 합니다.

피리미딘 이라고 합니다.

그 중 오른쪽에 있는 이 둘을 보자면,

두 개의 퓨린입니다,

이 위에 있는 것은 아데닌—

이들이 어떻게 짝을 짓는지는 DNA의 개요에

대해 설명하는 동영상에서 다룰 것입니다.

여기 있는 것은 아데닌,

그리고 여기 있는 것은

구아닌이라고 합니다.

구아닌입니다.

그리고 이 쪽에는,

이 한 개의 고리를 가지고 있는 질소성 염기는

피리미딘이고,

티민이라고 부릅니다.

이것은 티민이고, 마지막으로는—

지금 DNA에 대해 얘기하고 있고,

RNA에 대해 얘기할 때는 우라실에 대해서도 얘기할 것입니다.

하지만 지금 DNA에 대한 얘기이므로,

이것은 사이토신입니다.

사이토신이라고 합니다.

여기서 DNA의 구조를 볼 수 있습니다.

티민은 아데닌에게 끌리고,

아데닌과 결합을 합니다.

그리고 사이토신은 구아닌과 결합을 합니다.

어떤 식으로 결합을 할 것 같습니까?

자, 이 질소성 염기들이

사다리의 발판 모양을 만들고,

서로에게 끌리는 것은,

다 수소결합 때문에 일어나는 일입니다.

이것은 질소가 꽤

음전성이 강하기 때문입니다.

질소가 수소에 결합하면,

질소가 조금 더 강한

음전하를 띠게 됩니다.

초록색으로 표시해 보도록 하겠습니다.

다시 말하면,

질소가 더 음전하를 띠고,

수소가 더 양전하를 띠게 됩니다.

그리고, 산소도 마찬가지로

음전성이 강하기 때문에

음전하를 띠게 됩니다.

산소의 약한 음전하는

수소의 약한 양전하에게

끌리게 되고,

이렇게 수소결합이 생성됩니다.

똑같은 과정이 이 수소에게도

일어나게 됩니다.

이 수소의 전자는 이 질소에게 끌어 당겨지고,

이 질소는 스스로의

전자를 끌어당기게 됩니다.

이렇게 수소결합이 만들어 집니다.

그리고 이 밑에도 약한 전자가 끌어당겨져

약한 양전하를 띠는

수소가 있습니다.

그리고 이 약한 음전하를 띠는

산소와

서로 끌어당기게 됩니다.

수소결합이 만들어집니다.

이 질소와 수소사이에도,

이 산소와 수소사이에도 똑같은 일이 일어납니다.

이것이 사이토신과 구아닌이,

그리고 티민과 아데닌이 서로 결합하는 이유입니다.

그리고 이것은 DNA의 개요를

설명하는 동영상에서 다루어집니다.