9. 유전자에서 단백질로

유전자 코드 


DNA의 구조 중 중요한 것은 앞에서 살펴 본 것처럼 염기, 당, 인산의 세 분자가 결합된 하부 구조가 계속적으로 반복된다는 것이다. 이 하부 구조는 뉴클레오티드 (nucleotide)라고 불리며 DNA의 근본이 되는 요소이다. 앞에서 설명한 바와 같이 DNA에는 네 종류의 염기가 있으므로 네 종류의 뉴클레오티드가 있게 된다. 20종류의 아미노산과 수천 종류의 단백질을 어떻게 네 개의 뉴클레오티드만을 가지고 번역하는가 하는 의문이 들지도 모른다. 그러나 이것은 어려운 일이 아니며 단지 코드화의 문제일 뿐이다. 점과 줄만으로 된 모스 부호로 소설 “리어왕”의 내용을 알파벳으로 써내려가는 것을 생각해 보면 뉴클레오티드로 암호화하는 방법에 대한 힌트를 얻을 수 있을 것이다. 모스 부호에서 ...과 ---이 알파벳의 “S"와 ”O"를 나타내는 것처럼, 유전자의 코드도 세 개가 하나로 되어 있다. 즉, 세 개의 염기로 연결된 뉴클레오티드가 한 아미노산의 코드가 되는 것이다. 예를 들어 글라이신은 GGA의 순서를 가진 뉴클레오티드로 코드화되어 있다. 

[참고; 염색체를 생각해 보자. 각 염색체는 40퍼센트가 DNA로 되어 있는데 아주 긴 이중나선이 단백질로 구성된 중심체에 끊어지지 않은 채로 단단하게 감기고 말려 있다. 인간의 한 염색체에 있는 DNA에는 약 6억 개의 뉴클레오티드가 들어 있어 천문학적 수의 염기 서열을 가지고 있다. 한 염색체에서 DNA 가닥을 꺼내 쭉 펴놓으면 약 5센티미터의 길이가 된다. 또 인간의 한 세포에는 46개의 염색체가 있는데 여기에 들어 있는 모든 DNA의 길이를 합치면 2미터가 넘는다. 인체의 모든 세포를 생각해 보면 얼마나 많은 DNA가 들어 있는지 상상하기 힘들 것이다. 무려 지구에서 태양까지를 500회나 왕복할 수 있는 길이가 된다고 하니 정말로 짐 꾸리기의 전문가라고 할 수 있을 것이다.] 

이 세 개로 이루어진 뉴클레오티드 한 벌을 가리켜 코돈 (codon)이라고 부른다. 네 종류의 뉴클레오티드로 이 코돈을 만들 수 있는 64가지가 되므로 (4*4*4=64) 20종의 아미노산을 만들고도 충분히 남는다. (사실 대부분의 아미노산은 한 개 이상의 코돈으로 코돈화된다.) 

1967년에 코라나와 니런버그는 64개의 코돈이 각각 어떤 아미노산을 만드는가 하는 유전자 코드를 완전히 해독하였다. 그들의 연구에 의하여 코돈과 아미노산의 관계에 관한 해독표를 만들 수 있게 되었다. 이 코드는 모든 생물체에 동일하게 적용될 수 있는 것이다. 앞에서 유전자를 “단백질을 만드는 명령”이라고 했다. 이제 이를 좀더 자세하게 정의하면 “유전자는 고유한 뉴클레오티드 순서를 가진 DNA의 한 단편으로서, 아미노산을 조합하여 단백질을 만드는 정보를 코드화한 것”이라고 할 수 있다. 

[참고 ; 생명공학을 향한 발자취 (연도, 사건)] 
1665년 - 훅이 세포를 설명하고 명명하였다. 
1675년 - 레벤후크가 더 좋은 현미경을 개발하고 미생물, 박테리아, 정자세포를 발견하였다. 
1839년 - 슐라이덴과 슈반이 세포설을 발표하였다. 
1859년 - 다윈이 ‘종의 기원’을 발간하고 자연도태설을 확립하였다. 
1866년 - 멘델이 ‘식물의 잡종에 관한 연구’를 발간하고 유전의 원리에 관해 윤곽을 잡았다. 
1869년 - 미셔가 최초로 핵산의 화학 분석을 하였다. 
1902년 - 개로드가 유전자는 단백질을 만드는 명령을 구성한다고 가설하였다. 
1910년 - 모건이 유전자는 염색체에 있음을 확인하였다. 
1928년 - 그리피스가 형질 전환 인자 (유전 물질)를 발견하였다. 
1941년 - 비들과 테이텀이 하나의 유전자는 하나의 효소를 만들다고 하였다. 
1944년 - 에이버리와 그의 연구원은 그리피스의 형질 전환 인자가 DNA임을 증명하였다. 
1953년 - 왓슨과 크릭이 DNA의 이중나선 구조를 밝혔다. 
1967년 - 코라나와 니런버그가 유전자 코드를 풀어냈다