DNA는 어떤 화학 결합으로 이루어져 있으며, 복제 과정에서 어떤 결합이 끊어지고 형성되는 가요?

Question

우리의 인체의 유전자를 구성하는 DNA에 대해 궁금해서 질문드려요.

DNA는 어떤 화학 결합으로 이루어져 있으며, 복제 과정에서 어떤 결합이 끊어지고 형성되는 가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

DNA는 크게 두 가지 종류의 화학 결합으로 이루어져 있습니다. 하나는 DNA의 골격을 이루는 포스포디에스터 결합이고, 다른 하나는 염기쌍을 연결하는 수소결합입니다. 포스포디에스터 결합은 당과 인산을 이어주는 강한 공유결합으로, DNA 사슬을 안정적으로 유지하는 역할을 합니다. 반면, 염기쌍 사이의 수소결합은 비교적 약한 결합으로, 아데닌(A)과 티민(T)은 두 개, 구아닌(G)과 시토신(C)은 세 개의 수소결합을 통해 서로 맞물려 이중 나선을 형성합니다.

복제 과정에서는 먼저 헬리케이스라는 효소가 DNA 이중 나선을 풀어주면서 염기쌍 사이의 수소결합이 끊어집니다. 이렇게 분리된 두 가닥은 각각 새로운 DNA 합성을 위한 주형 역할을 하게 됩니다. 이후 DNA 중합효소가 주형에 상보적인 뉴클레오타이드를 붙여 나가는데, 이때 새로운 뉴클레오타이드들이 서로 연결되면서 포스포디에스터 결합이 새로 형성됩니다. 결국 원래의 한 가닥과 새로 합성된 가닥이 짝을 이루어 두 개의 동일한 DNA 이중 나선이 만들어지며, 이를 반보존적 복제라고 부릅니다.

즉, DNA 복제 과정에서 끊어지는 결합은 수소결합, 새로 형성되는 결합은 포스포디에스터 결합입니다. 이렇게 해서 세포는 유전 정보를 정확하게 다음 세대로 전달할 수 있게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

우리 인체의 가장 중요한 유전정보인 유전자를 암호화하고 있는 DNA는 인산이에스테르 결합이라는 공유결합으로 이루어져 있습니다. DNA는 기본적으로 디옥시리보스라는 당 인산, 그리고 염기로 이루어진 반복 구조를 가지며, 이 구성 요소들이 특정한 결합으로 연결되어 이중나선 구조를 형성합니다.

먼저 DNA의 한 가닥을 이루는 기본적인 결합은 공유결합입인데요, 특히 인산과 당이 연결될 때 형성되는 인산다이에스터 결합이 DNA 골격을 이루는 중요한 결합입니다. 이 결합은 매우 안정하여 DNA 사슬이 쉽게 끊어지지 않도록 구조를 유지해 주며 즉 DNA의 뼈대는 이러한 강한 공유결합으로 연결된 구조라고 볼 수 있습니다. 또한 이때 DNA는 두 가닥이 서로 마주보며 꼬인 이중나선 구조를 이루는데, 두 가닥 사이를 연결하는 것은 염기들 사이의 수소 결합입니다. 예를 들어 아데닌은 티민과 두 개의 수소결합으로 짝을 이루고, 구아닌은 사이토신과 세 개의 수소결합으로 연결되는데 이러한 상보적인염기쌍 결합 덕분에 두 DNA 가닥이 서로 정확하게 맞물리게 됩니다. DNA가 세포 분열 전에 복제될 때는 먼저 이 수소결합이 끊어지면서 두 가닥이 분리되는데요 이 과정은 DNA 복제의 시작 단계이며, 이때 DNA 헬리케이스라는 효소가 이중나선을 풀면서 염기 사이의 수소결합을 끊어 줍니다. 중요한 점은 이 과정에서 DNA의 골격을 이루는 인산다이에스터 결합은 대부분 유지되고, 두 가닥을 붙잡고 있던 수소결합만 주로 분리된다는 것입니다.

이후 새로운 DNA 가닥이 만들어질 때는 DNA 중합효소가 작용하여 기존 가닥을 주형으로 삼아 새로운 뉴클레오타이드를 연결하는데 이때 새로운 뉴클레오타이드들 사이에는 다시 인산다이에스터 결합이라는 강한 공유결합이 형성되어 새로운 DNA 사슬이 만들어집니다. 동시에 새로 형성된 염기쌍 사이에는 다시 수소결합이 생겨 두 가닥이 안정한 이중나선을 이룹니다. 감사합니다.