이주일의 열쇳말 - Z-DNA

대부분 오른쪽 나선형 구조변화로 왼쪽 틀어진 형태

대부분 오른쪽 나선형 구조변화로 왼쪽 틀어진 형태

20일치 과학저널 <네이처> 표지사진을 장식한 Z-디엔에이(DNA·디옥시리보핵산)는 단백질, 지질 등과 함께 생체를 이루는 주요 생체고분자물질인 핵산의 한가지다. 디엔에이는 1869년 프리드리히 미셔가 사람 백혈구 세포에서 그때까지 알려져 있지 않던 약산성의 물질로 처음 추출해 알려졌다. 20세기에 들어와서 생명체의 유전물질이 무엇인가를 밝히기 위한 많은 노력의 결과, 유전정보를 저장하는 물질은 디엔에이라는 것을 알게 됐다.

1953년에 왓슨과 크릭 박사가 디엔에이 구조의 모델을 제시해 디엔에이가 어떻게 유전물질로서 작용할 수 있는지에 대한 원리가 해결됐다. ?5n그림에서처럼 디엔에이는 염기, 당, 인산기로 구성된 뉴클레오티드의 중합체다. 디옥시리보오스당을 가진 디엔에이는 리보오스당을 가진 아르엔에이(RNA)와 구분된다.

디엔에이가 유전정보를 저장, 전달하는 구실을 수행하기 위해서는 디엔에이를 구성하는 염기 사이의 상호작용이 열쇠가 된다. 디엔에이는 A(아데닌), C(시토신), G(구아닌), T(티민)의 4가지 종류의 염기를 가지는데 이들 염기는 2~3개의 수소결합을 이용해 A는 T와, C는 G하고만 서로 염기쌍을 이룰 수 있다. 이런 염기쌍들의 특이적 결합은 디엔에이가 유전정보를 저장하는 데 필수적인 상보성을 제공한다. 곧 ‘ACCGATC’란 염기서열을 가진 디엔에이 가닥은 오직 ‘GATCGGT’를 가진 디엔에이 가닥과 쌍을 이뤄 이중나선을 자기조립적으로 형성한다. 이러한 상보성은 디엔에이가 복제되거나 디엔에이로부터 아르엔에이가 만들어지는 ‘전사’라는 과정에서 중요하다.

생리학적 환경에서 디엔에이는 왓슨과 크릭의 모델에서 제시한 디엔에이 이중나선인 오른쪽나선형의 B-디엔에이(그림 왼쪽)를 형성한다. 디엔에이 이중나선은 또한 반대방향으로 돌아가는 왼쪽나선형의 Z-디엔에이(그림 오른쪽)라는 구조를 특정 환경에서 가질 수도 있다. 디엔에이는 이중나선 외에도 여러 가지 다양한 형태의 구조를 가질 수 있다.

김양균 중앙대 의대 교수

디엔에이의 구조와 형성의 원리를 규명한 여러 연구성과들은 분자생물학의 태동과 발전을 가져왔다. 현재 세계적 공동연구 노력으로 인간 등 여러 생물체들의 디엔에이 염색체 정보가 확보돼가고 있어 유전체학이라는 새로운 학문의 시작과 생명의학 분야의 밝은 미래를 제시하고 있다. 또한 나노과학에서는 나노입자의 고차구조형 자기조립 기술에 디엔에이의 구조와 상보성을 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 디엔에이가 컴퓨터와 흡사한 방법으로 정보를 운반하는 특성을 이용한 디엔에이 컴퓨터 연구개발도 진행되고 있다.

김양균 중앙대 의대 교수 [e-mail]