DNA와 RNA 비교, 유전 코드(genetic code)

DNA와 RNA 기본 개념

뉴클레오산의 구성

• 뉴클레오타이드라는 기본 단위가 연결된 긴 사슬(폴리머)
• 뉴클레오타이드는 세 가지로 구성된다.
  1. 당(Sugar) - 5탄당: DNA는 디옥시리보스(deoxyribose), RNA는 리보스(ribose)를 사용.
  2. 인산 그룹(Phosphate group): 뉴클레오타이드가 서로 연결될 때 인산 그룹을 통해 결합하여 긴 사슬을 형성.
  3. 염기(Base): 유전 정보를 결정하는 부분으로, 아데닌(Adenine, A), 구아닌(Guanine, G), 시토신(Cytosine, C), 티민(Thymine, T - DNA) 또는 유라실(Uracil, U - RNA)로 구성된다.

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DNA와 RNA 비교

 
DNA(디옥시리보핵산)는 우리 몸의 유전 정보를 저장하고 전달하는 역할을 한다. 이중 나선 구조로 되어 있어 두 개의 꼬여 있는 긴 끈처럼 생겼다. 이 DNA는 우리 몸의 모든 유전 정보를 가지고 있으며, 두 가지 주요 형태로 존재한다.

1. Genomic DNA (게놈 DNA)

• 핵 속에 있으며, 우리 몸의 모든 유전 정보를 가지고 있는 DNA이다.
• 이는 모든 세포에 똑같이 존재하며, 우리 몸의 모든 부분이 어떻게 만들어지고 작동해야 하는지를 알려준다.

 

2. Mitochondrial DNA (mtDNA)

• 미토콘드리아라는 세포 속의 작은 기관에 있는 DNA이다. 미토콘드리아는 우리 몸에 에너지를 공급하는 역할을 한다.
• 이 DNA는 대부분 어머니로부터 유전된다.

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RNA(리보핵산)는 DNA의 유전 정보를 바탕으로 단백질을 만드는 데 중요한 역할을 하는 분자이다. 주로 단일 가닥으로 되어 있으며 여러 가지 종류가 있다.
 

1. mRNA (Messenger RNA, 전령 RNA)

• DNA의 유전 정보를 복사하여, 그 정보를 세포의 다른 부분으로 전달하는 역할을 한다.
• DNA 정보를  리보솜으로 전달한다.
• 이 정보를 바탕으로 세포는 단백질을 만들어내는데, 이는 우리 몸의 기능을 수행하는 데 필수적이다.
  
  

2. rRNA (Ribosomal RNA, 리보솜 RNA)

• 리보솜을 구성하는 RNA로, 단백질을 만드는 공장 역할을 한다.
• 리보솜은 mRNA와 tRNA가 만날 수 있도록 해주어 단백질을 합성하는 데 중요한 역할을 한다.
  • 리보솜(ribosome)은 세포 내에서 단백질을 합성하는 작은 공장과 같은 역할을 하는 세포 소기관.
  • 리보솜은 rRNA와 단백질로 구성되어 있고, 거친 소포체에서 발견된다.
  • 거친 소포체(Rough ER, Endoplasmic Reticulum) - ER벽에 리보솜이 붙어 '거칠다'라고 표현.
    
    

3. tRNA (Transfer RNA, 전달 RNA)

• 아미노산을 리보솜으로 운반하는 역할을 한다. 아미노산은 단백질의 기본 구성 요소이다.
• tRNA는 mRNA에 적합한 아미노산을 가져와 단백질 사슬을 형성하는 데 도움을 준다.

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DNA와 RNA 구조적 차이

1. 구조

• DNA: 이중 나선 구조(double helix), 두 가닥.
• RNA: 단일 가닥(single strand).
  
  

2. 당의 종류

• DNA: 디옥시리보스(deoxyribose) – 2번 탄소에 하이드록실기(-OH)가 없음. (그래서 deoxy-)
• RNA: 리보스(ribose) – 2번 탄소에 하이드록실기(-OH)가 있음.
  
  

3. 염기

• 피리미딘(Pyrimidines): 단일 탄소 고리로 구성되며, 시토신(Cytosine, C), 티민(Thymine, T), 유라실(Uracil, U)을 포함한다.
• 퓨린(Purines): 이중 탄소 고리로 구성되며, 아데닌(Adenine, A)과 구아닌(Guanine, G)이 포함됩니다.
   
• DNA: C-G, A-T
  • 아데닌(A)과 티민(T), 구아닌(G)과 시토신(C)이 결합.
• RNA: C-G, A-U
  • 아데닌(A)과 유라실(U), 구아닌(G)과 시토신(C)이 결합. A-U, G-C

염기(base) 종류

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유전코드 (Genetic code)

단백질은 세포 내에서 매우 중요한 생체 분자로, 모든 세포 활동에 필수적이다. DNA에는 세포 내 모든 단백질을 합성하기 위한 코드가 포함되어 있다. 이 유전자 코드는 모든 동물 종에서 보편적으로 발견된다.
 

• 유전자(gene)는 특정 단백질을 암호화하는 DNA의 한 부분을 의미한다.
• 유전체(genome)는 한 종에 존재하는 모든 유전자의 집합이다.
• 유전코드(genetic code)는 단백질을 합성하기 위한 유전 정보 해독하는 방식이다.

 
* 2001년에 인간 게놈 프로젝트(Human Genome Project)를 통해 25,000개 이상의 유전자가 식별되었으며, 한 유전자는 여러 단백질을 생성할 수 있다. 세포 종류가 다양한 이유는 각 세포가 다른 유전자를 발현하거나 다른 단백질을 합성하기 때문이다.
 

유전코드

코돈(Codon)

RNA의 염기 서열에서 3개의 연속적인 뉴클레오타이드로 이루어진 단위로, 하나의 아미노산을 암호화하거나 단백질 합성을 종료하는 신호를 나타낸다.  mRNA의 염기는 아데닌(A), 우라실(U), 구아닌(G), 사이토신(C)으로 이루어져 있으며, 3개의 염기 조합이 하나의 코돈이 된다. 예를 들어, AUG, GCU, UAA 등이 있다.

• AUG는 단백질 합성을 시작하는 시작 코돈이며, 메티오닌을 암호화한다.
• 메티오닌(Methionine)은 단백질 합성에서 매우 중요한 역할을 하는 아미노산이다.
• 리보솜이 mRNA의 AUG 코돈을 만나면 단백질 합성이 시작되며, 이미 섭취를 통해 몸 안에 있는 메티오닌을 사용하여 단백질을 합성하게 된다.
• 메티오닌은 사람의 몸에서 합성되지 않기 때문에, 반드시 음식을 통해 섭취해야 하는 필수 아미노산이다. (고기 생선, 계랸, 콩류 

 
4개의 염기가 3개의 자리에서 조합되므로, 총 64가지의 코돈이 존재한다. 이 중 61개는 아미노산을 지정하고, 3개는 종결 코돈(Stop Codon)으로 단백질 합성 종료를 신호한다. 예를 들어, 코돈 AUG는 메티오닌을 지정하며, UAA, UAG, UGA는 번역을 종료하라는 신호를 보낸다.
 
 
리보솜은 mRNA의 코돈을 읽으면서, 각 코돈에 대응하는 아미노산을 tRNA(전달 RNA)가 운반하여 아미노산 사슬(polypeptide chain)을 형성한다.
 
 

단백질 합성 과정

DNA는 세포핵(nucleus)에 있지만, 단백질 합성은 세포질(cytoplasm)에서 이루어진다. 따라서 유전 정보는 메신저 RNA (mRNA)로 전달되어야 한다.
 

cytoplasm = 세포 내

 
 

단백질 합성의 일반적인 단계

1. 전사(Transcription): DNA가 유전자 코드에 따라 세포핵에서 mRNA로 전사된다.
2. mRNA 이동: 생성된 mRNA는 세포핵에서 세포질로 이동한다.
3. 번역(Translation): 세포질에서 리보솜이 mRNA를 번역하여 단백질의 아미노산 서열을 형성한다.

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