[노벨상으로 본 현대과학] 下. 분자생물학

[노벨상으로 본 현대과학] 下. 분자생물학

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경향신문 | 입력 2006.10.29 18:05

 

우리 몸은 세포로 구성돼 있다. 막 태어난 어린아이의 세포 수는 약 3조개, 몸집이 작은 성인은 약 60조개, 덩치가 큰 씨름선수들은 약 1백조개의 세포를 갖고 있다. 각 세포는 하나하나 단백질을 만들어내는 거대한 공장이다.

우리 몸 속의 세포에서는 하루에도 수백개의 단백질이 분해되고 새로 만들어진다. 생명현상은 이같이 반복적이며 역동적이다. 눈에 보이지 않는 세포 내부를 분자 차원에서 연구하는 학문이 바로 분자생물학이다. 오늘날 DNA와 RNA로 통칭되는 유전물질은 수많은 과학자들의 연구를 통해 그 실체를 드러냈다.

◇세포와 유전물질=고교 생물시간에 배웠듯이 세포의 중심에는 핵이 있다. 핵을 제외한 나머지가 세포질이다. 우리가 알고 있는 DNA는 핵 안에 들어있다. DNA는 핵 속에서 좀처럼 나오지 않는다. DNA가 갖고 있는 유전정보를 세포질로 나르는 것이 RNA이다. RNA도 DNA처럼 핵산을 뼈대로 4개의 염기를 갖고 있는 유전물질이다.

DNA와 RNA는 구조에서 일부 차이를 보인다. 그러나 더 중요한 차이는 기능이다. DNA는 유전정보를 저장해 후세로 전달하는 역할을 한다. 반면 RNA는 유전정보를 이용해 단백질과 같은 몸에 필요한 상품을 만들어낸다.

상품을 만들 설계도를 입력한 중앙컴퓨터가 DNA라면 RNA는 상품을 찍어내는 프레스, 운반하는 컨베이어벨트 등에 해당한다. 진화적으로 볼 때 RNA가 먼저 만들어지고 DNA로 발전했을 것으로 추정된다. 가장 하등한 생물인 바이러스들은 RNA만 갖고 있는 것들이 많이 발견되기 때문이다.

 

왓슨과 크릭이 DNA 구조를 먼저 발견했기 때문에 생물학자들은 오랫동안 DNA 연구에 큰 의미를 뒀다. 그러나 1961년 처음으로 RNA의 존재가 밝혀졌다.

RNA는 DNA와 달리 세포질에 존재한다. 그러면서 메신저(mRNA), 운반(tRNA), 단백질 제작(rRNA) 등의 기능을 한다. mRNA는 DNA로부터 단백질의 아미노산 서열을 결정하는 암호를 옮겨받은 것이고 tRNA는 단백질 재료인 아미노산을 운반하는 것이며 rRNA는 단백질 합성, 즉 번역이 일어나는 장소인 '리보좀'을 구성한다.

이중나선으로 항상 안정된 상태를 유지하는 DNA와 달리 RNA는 약간 불안정하며 경우에 따라 일부 유전정보가 소실되기도 한다.

◇유전물질의 흐름=유전 현상의 핵심이 되는 유전정보 흐름을 '센트럴 도그마'(Central Dogma)라고 한다. 센트럴 도그마는 한마디로 'DNA→RNA→단백질'로 요약된다. DNA의 유전정보가 메신저RNA(mRNA)로 넘어가는 과정을 '전사'(Transcription), 메신저RNA의 정보를 바탕으로 단백질이 만들어지는 과정을 '번역'(translation)이라고 한다. < 그림 > 은 이를 간단하게 표현한 것이다.

메신저RNA는 핵 안에서 DNA의 이중나선 중 한가닥을 중심으로 하여 합성된다. 합성되면서 세포질로 나온다. tRNA와 rRNA도 DNA를 주형으로 만들어진다. 전사란 즉, RNA 합성과정이다.

이렇게 만들어진 mRNA의 유전정보(염기서열)를 바탕으로 tRNA는 유전정보에 맞는 아미노산을 운반해 리보좀으로 이동한다. 리보좀에서는 여러가지 아미노산을 붙여 우리 몸에 필요한 단백질을 만들어낸다. 번역은 즉, 단백질 합성 과정이다.

우리 몸 속에 있는 미토콘드리아와 같은 세포소기관, 소화효소, 각종 호르몬, 근육 구성물질 등이 모두 단백질이다. 그러므로 우리 몸을 구성하는 모든 세포들은 매일매일 새로운 단백질을 만들어낸다. 대부분의 단백질은 세포질 안에 머물지만 호르몬, 효소 등은 혈액이나 위장에 분비돼 생명 현상을 유지하는 주요 역할을 하게 된다.

〈이은정 과학전문기자 ejung@kyunghyang.com〉