DNA가 RNA보다 유전물질로 선택되었다는 가설의 이유는 무엇인가요?
생명의 가설 이론을 보게 되면 DNA가 RNA보다 유전물질로 선택되었다는 가설이론이 등장하는데요 이런 가설의 배경의 근거가 무엇인가요
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
DNA는 2-OH 결여로 알칼리 가수분해에 강하답니다.
이중나선, 수선 기작으로 안성성을 높여 줄수 있어요
안녕하세요.
한때는 유전자의 역할을 하는 것이 RNA라는 가설이 존재하기도 했으나, 현재는 DNA가 유전정보를 암호화하는 것으로 밝혀졌습니다. 생명의 초기 기원을 설명하는 가장 유력한 이론 중 하나는 바로 “RNA 세계 가설(RNA world hypothesis)”이며, 이 이론에서는 원시 생명체에서 RNA가 먼저 등장했고, 그 이후에 DNA가 유전물질로 ‘선택되었다’고 봅니다. 즉, DNA가 처음부터 유전물질이 아니라, RNA에서 진화한 결과 유전정보 저장의 주체로 자리 잡았다는 가설입니다. RNA 세계 가설이란 생명의 초기 단계에서 RNA가 먼저 등장하여 유전 정보도 저장하고, 스스로를 복제하며, 촉매 작용까지 했을 것이라는 가설인데요, 이후, 보다 안정적인 DNA가 유전 정보 저장의 주체로 ‘선택’되었다는 것이 이 가설의 핵심입니다. 우선 RNA는 정보 저장과 효소 기능(리보자임)을 동시에 수행하는데요, RNA는 염기서열을 통해 유전 정보를 저장할 수 있으며 (mRNA처럼), 동시에, 특정 구조로 접히면 촉매 기능도 수행할 수 있습니다. 이는 원시 생명체가 효소 단백질 없이도 생화학 반응을 일으킬 수 있는 단서가 되기도 합니다. 하지만 DNA가 유전물질인 이유는 DNA는 RNA보다 유전정보 저장에 훨씬 더 안정적이기 때문인데요, DNA는 이중 나선 구조 + 산소가 없는 당(deoxyribose)을 사용하여 가수분해에 덜 취약하며, 상보적 이중 가닥 구조 덕분에, 한 가닥을 손상 시 다른 가닥이 복원 지침 제공하고, 안정한 구조로 인해 수십억 염기를 저장하면서도 수천 년 동안 변형되지 않습니다.
DNA가 RNA보다 주요 유전물질로 선택된 가설은 DNA의 구조적 안정성과 관련된 여러 요인에 근거합니다. 첫째, DNA는 리보오스 대신 2'-OH기가 없는 데옥시리보오스를 사용하여 화학적 안정성이 높습니다. 2'-OH기는 반응성이 높아 RNA를 쉽게 가수분해시키지만, DNA는 이 기가 없어 분해에 강합니다. 둘째, DNA는 이중 나선 구조를 가지므로 단일 가닥인 RNA보다 물리적으로 더 안정하고 외부 환경으로부터 유전 정보를 보호하는 데 유리합니다. 셋째, DNA는 우라실 대신 티민 염기를 사용하여 돌연변이 복구에 이점을 가집니다. 시토신이 탈아미노화되어 우라실로 변할 경우, DNA는 이를 비정상적인 염기로 인식하고 복구할 수 있지만, RNA는 우라실이 정상 염기이므로 이러한 복구가 어렵습니다. 이러한 이유들로 DNA는 장기적인 유전 정보 저장에 더 적합하다고 여겨집니다.
가장 큰 이유는 안정성때문입니다.
RNA는 리보스 당에 2가 탄소에 수산기(-OH)를 가지고 있는 반면, DNA는 디옥시리보스 당에 이 수산기가 없습니다. 이 수산기는 RNA를 화학적으로 반응성이 높게 만들 뿐만 아니라 가수분해에도 취약하게 하여 쉽게 분해되도록 합니다. 반면 DNA는 이 수산기가 없기 때문에 훨씬 더 안정적으로 유전 정보를 보존할 수 있죠.
또한 RNA는 우라실을 가지는 반면, DNA는 티민을 가집니다. 우라실은 사이토신이 변형되어 생성될 수 있는데, 이때 유전 정보 오류가 발생할 수 있습니다. 티민은 이런 오류 발생 가능성을 줄여 DNA의 안정성을 높이게 됩니다.
그리고 구조적으로 보면 DNA는 이중 나선 구조를 가지는데, 이는 단일 가닥인 RNA보다 훨씬 안정적입니다. 이중 나선 구조는 내부의 염기들을 보호할 뿐만 아니라 외부에서 오는 손상으로도 유전 정보를 지킬 수 있습니다. 또한, 한 가닥에 손상이 발생하더라도 다른 가닥을 주형으로 삼아 복구할 수 있는 메커니즘이 있어 유전 정보의 무결성을 유지하는 데 유리하죠.
이러한 안정성 덕분에 DNA는 유전 정보를 안전하게 저장하고 후대에 전달하는 데 훨씬 적합하다는 것입니다.