DNA는 왜 이중 나선 구조를 가지나요?
DNA를 자세히 보게 되면 특이하게 이중 나선구조를 갖고 있는데요 그렇다면 이중 나선구조를 갖게 된 이유와 이 구조로 인해서 장점과 단점이 무엇인가요
안녕하세요. 박창민 수의사입니다. DNA는 두 가닥이 상보적으로 결합한 이중 나선 구조를 가져 유전정보를 안정적으로 보호하고 복제할 수 있으며, 작은 공간에 많은 정보를 저장할 수 있는 장점이 있지만, 구조가 단단히 꼬여 있어 복제나 전사 과정에서 이를 풀기 위해 에너지와 효소가 필요하다는 단점도 있습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
DNA가 이중나선구조를 가지는 이유는 상보적 염기쌍 간의 수소결합이 가장 안정하게 형서오디는 구조이기 떄문입니다.
소용돌이 형태로 말리면서 공간효율성과 구조안정성을 극대화할수있습니다.
그래서 복제와 복구의 정확성이 높아지고, 정보저장이 밀집되게하는것이 가능하고,
단점으로는 RNA에비해서 합성과 이에들어가는 에너지가 많고, 유연성이 떨어져서 적응속도가 느릴 수 있다는 점이있습니다.
감사합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
이중나선은 상보염기가 복제, 수선 주형 제공해 안정성을 높이고 패킹 효율을 높여 줄수 있답니다.
단 구조 유지에 에너지 소모와 오류도 같이 증가해요
안녕하세요.
DNA는 생체 고분자의 일종으로 유전정보를 암호화하고 있는 중요한 물질인데요, DNA가 이중나선 구조를 가진 이유는 이중나선 구조가 유전 정보를 안정적으로 저장하고 정확하게 복제하며 효율적으로 이용할 수 있도록 진화적으로 최적화된 구조이기 때문입니다. DNA는 네 가지 핵염기(A, T, G, C)를 가지고 있으며, 이들은 상보적 염기쌍을 형성해 두 가닥의 폴리뉴클레오타이드가 꼬여 있는 구조를 이룹니다. 아데닌(A) ↔ 티민(T), 구아닌(G) ↔ 시토신(C)으로 각각 수소결합을 통해 짝을 이루며, 정확하게 쌍을 이뤄야 안정한 구조 유지하며, 이 결합이 일어나는 방식이 자연스럽게 나선형으로 꼬이는 형태를 형성합니다. 이때 뉴클레오타이드는 인산-당-염기 구조로 연결되어 있으며, 이들이 서로 정전기적 반발을 최소화하는 방향으로 배열되면서 꼬여 나선형이 됩니다. 친수성(물에 잘 녹는) 인산기는 바깥쪽으로, 소수성 염기(물에 잘 안 녹는)는 안쪽으로 위치함으로써 수용액 환경에서 안정한 배치가 되며, 이중 나선은 수분 환경에서 에너지적으로 가장 안정한 구조라고 볼 수 있습니다. 만일 DNA가 단일가닥이었다면, 정보 복제가 어려워져 복제 정확도 낮아지고 외부 손상(산화, 자외선)에 취약해져 돌연변이 발생률 상승했을 것입니다.
DNA가 이중 나선 구조를 가지는 주된 이유는 유전 정보의 안정적인 보관과 정확한 복제를 위해서입니다. 두 가닥의 염기 서열이 상보적으로 결합하여 유전 정보를 안전하게 보호하고, 복제 시에는 각 가닥이 주형이 되어 정확한 복제가 가능하게 합니다. 이 구조의 장점은 유전 정보가 안정적으로 저장되고 복제 과정에서 오류 발생률을 낮출 수 있다는 것이며, 단점은 복잡한 구조로 인해 복제 과정에서 꼬임이 발생할 수 있고 이를 해결하기 위한 추가적인 효소들이 필요하다는 점입니다.
먼저 이중 나선 구조는 상당히 안정적입니다.
이중 나선 구조는 내부의 염기들을 당-인산 골격이 보호하고 있어 유전 정보가 손상될 위험이 적습니다. 또한, 두 가닥이 서로 상보적으로 결합하고 있어 한 가닥이 손상되더라도 다른 가닥을 주형으로 삼아 복구될 수 있습니다.
또한 DNA 복제 시 이중 나선은 풀리면서 각각의 가닥이 새로운 DNA 가닥의 주형 역할을 합니다. 이러한 상보적인 결합 덕분에 정확하고 효율적인 복제가 가능할 뿐만 아니라 유전 정보가 다음 세대로 정확하게 전달할 수 있게 해주죠.
게다가 이중 나선 구조는 긴 DNA 분자를 세포 핵이라는 매우 작은 공간에 매우 효율적으로 저장할 수 있게 해줍니다. DNA는 히스톤이라는 단백질에 감겨 크로마틴이라는 더욱 압축된 구조를 형성하는데, 이는 이중 나선 구조이기에 가능한 것입니다.
그러나 이런 이유와 장점과는 별개로 단점도 있습니다.
DNA가 복제되거나 유전 정보가 RNA로 전사될 때는 이중 나선이 일시적으로 풀어져야 하는데, 이 과정은 헬리카아제와 같은 효소의 도움을 필요로 하며, 에너지가 소모되는 과정입니다. 또한, 이 과정에서 꼬임이 발생하거나 손상될 위험이 있죠.
또 유연성이 떨어집니다. 다시 말해 이중 나선 구조는 안정성은 뛰어나지만, 다른 형태의 DNA 구조로의 변환에는 제약이 있을 수 있다는 것입니다.
그렇지만, 결론적으로 DNA의 이중 나선 구조는 유전 정보를 안정적으로 저장하고 정확하게 복제하며 효율적으로 유전자 를 보관하는 등 생명체의 핵심 기능에 최적화된 형태라고 할 수 있죠.