[8강 생명의 화학] DNA와 RNA, 세포 안의 화학

1. DNA와 RNA

 모든 인간의 주된 암호는 DNA(디옥시리보 핵산)라고 하는 세포의 핵 안, 복잡한 분자에 숨겨져 있다. DNA의 분자 구조는 1953년에 제임스 왓슨과 프란시트 크릭에 의해 처음으로 밝혀졌다. 그들은 이 거대분자가 이중 나선 구조를 가진다는 사실을 보였다. 유연하고 탄력성 있는 사다리가 나선모양으로 뒤틀려 있고, 사다리 측면은 디옥시리보당과 인산 분자가 차례로 배열되어 있으며, 사다리의 각 가로대는 질소 염기쌍으로 이루어져 있다. 질소 염기는 4가지(아데닌, 티민, 구아닌, 시토신)만 가능하며 서로 쌍을 이루는데 아데닌은 티민(A-T, 아톰으로 외웠던 기억이 난다.), 구아닌은 시토신(G-C)과 결합한다.

 

 DNA를 복제하기 위해서는 핵에 있는 장치가 DNA 분자를 한쪽 끝부터 열게 된다. 이때 사다리의 가로대가 갈라지는데, 질소 염기들은 자신의 정해진 짝과 다시 결합하고자 한다. 만약 갈라진 가로대가 A로 끝났다면, DNA 제조기는 세포핵 주위에서 떠다니던 T를 삽입하는 방식이다. 두 질소 염기는 짝을 이루고 새로운 당-인산 결합이 조합되어 염기쌍을 둘러싼다. 이런 과정을 통해 DNA분자는 나선이 풀어지며 완벽하게 복제되는 것이다.

출처) 학습백과ZUM / DNA가 복제되는 과정

 RNA(리보핵산)는 DNA의 전령 역할을 해낸다. RNA는 DNA와 달리 리보오스라는 당으로 만들어지는데, 일회적이며 3가지 형태로 존재한다. 그 중 하나인 mRNA는 유전자의 복사판이거나 DNA의 작은 일부분인데, 특정한 단백질을 만들기 위해 필요하다. 유전자는 우라실이 티민을 대체한다는 점을 제외하고 완전히 동일하게 복제된다. 새롭게 만들어진 mRNA는 핵 밖으로 나오게 되는데, 이후 리보솜을 둘러싸인다. 리보솜을 구성하는 것이 바로 두 번째 형태인 rRNA이다. 세 번째 형태인 tRNA는 아미노산을 리보솜 안으로 끌어들이는 역할을 한다. 유전정보가 번역되는 동안, 리보솜은 mRNA에 담긴 정보게 따라 아미노산을 배열하여 단백질을 만든다. 각 아미노산이 제자리를 찾으면 완성된 단백질은 자신의 역할을 수행하기 위해 리보솜에서 떨어져 나온다.

 

RNA의 3가지 종류와 종류에 따른 RNA의 역할. ribosome구성하는 게 rRNA

2. 세포 안의 화학

 사람의 몸이나 식물, 동물 등과 같이 우리 주변의 살아있는 물질을 이루는 분자는 생체분자라고 한다. 그리고 이러한 분자들이 관계된 화학 반응은 생체분자반응(biomolecular reaction)이라고 한다. 생명의 근간을 이루는 생체 분자들은 끊임없이 만들어지고, 또 끊임없이 분해되고 있다. 분자들을 만드는 과정을 동화작용이라하고, 분해되는 과정은 이화 작용이라 한다. 또 이 둘을 통틀어 물질대사(metabolism)라한다.

 물질대사란 인체가 음식을 분해하는 과정을 이야기할 때 자주 사용되지만, 이 용어는 모든 생체 분자 반응의 총체를 의미한다. 예를 들어 아미노산을 통해 단백질을 구성하는 것, 단백질이 분해되는 과정도 이에 포함된다. 

 단백질이나 탄수화물, 지질은 몸에 들어오면 이화작용을 거쳐 분해된다. 이 분자들이 선택성을 지닌 세포막을 통해 잘 흡수되기 위해서는 다양한 화학 반응을 거쳐야 한다. 세포 소기관 중 하나인 미토콘드리아는 음식물의 이화 작용 결과 생긴 분자들을 세포가 사용할 수 있는 에너지 형태인 ATP로 바꾼다. 이는 세포가 포도당 같은 분자를 실질적으로 사용할 수 있는 에너지의 형태로 바꾼다는 의미로 세포 호흡이라고도 한다. 미토콘드리아가 세포의 에너지 제조 공장이라 불리는 이유이다. 

세포의 에너지 제조공장인 미토콘드리아. 물론 세포 내에는 다른 세포소기관도 있다.