[강신종 쌤의 '재미있는 과학이야기'(19)] 단백질과 DNA

단백질은 고분자 화합물로 신체 주성분이죠
사람들은 음식물을 통해서 단백질을 섭취해요

2007년 방영된 “태왕사신기(MBC)”라는 드라마는 주인공 ‘담덕(훗날 광개토대왕)’이 “청룡(靑龍)의 창, 주작(朱雀)의 홍옥, 현무(玄武)의 지팡이, 백호(白虎)의 쇠도끼’ 등 네 개의 신물을 찾고 고구려의 태왕이 된다는 내용이었다. 여기서 백호는 벵골 호랑이의 변종으로 “붉은색소와 노란 색소 합성에 필요한 효소(단백질)의 결핍”으로 흰색 털을 가졌고, 이로 인해 등
에 검은 줄무늬가 진하게 보인다.

아미노산과 펩타이드 결합

백호의 흰색 털은 위장 역할을 제대로 하지 못하기 때문에 사냥에 불리하게 작용하고, 유전병 등으로 사망률도 높다. 그러나 효소(단백질)의 부족 혹은 결핍으로 흰색 털을 가진 백호를 영험하고 신비한 능력을 지닌 호랑이로 생각해 신화나 설화에 등장하기도 한다.

단백질(蛋白質)은 기본 단위체인 아미노산이 펩타이드 결합으로 형성된 고분자 화합물로 주요 구성 원소는 C, H, O, N, S이다. 세포의 주요 구성 성분으로 신체를 이루는 주성분이며, 에너지를 제공하는 3대 영양소 중의 하나이며, 생체 내 물질대사의 촉매(효소) 작용을 통하여 생명 현상을 유지하는 물질이다.

식물은 단백질을 스스로 합성

식물이나 미생물은 뿌리혹박테리아 혹은 질소 고정 등의 방법을 이용하여 뿌리로 암모늄이온(NH4+) 형태로 질소(N) 원자를 흡수하여 필요한 단백질을 스스로 합성할 수 있다. 반면 공기 중의 약 78%를 차지하는 질소 기체(N2)는 매우 안정적으로 반응성이 거의 없는 기체이다. 동물과 사람은 호흡으로 공기 중의 질소 기체가 몸 안으로 들어오지만 그대로 밖으로 배출하게 된다. 호흡으로는 질소 원자를 얻을 수 없어 동물과 사람은 음식물을 통해 단백질을 섭취한다.

동물과 식물의 기본 단위인 세포는 모두 DNA(deoxyribonucleic acid)를 갖고 있다. DNA는 인산-당-염기의 구조를 갖고 있으며, DNA의 안쪽 부분에 위치한 염기인 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)은 서로 수소 결합을 통해 이중나선 구조의 모양을 갖는다. 구아닌(G)은 사이토신(C)과 아데닌(A)은 티민(T)하고만 1 대 1로 결합하는 상보적 결합을 하며, 이들의 배열 속에 유전 정보가 기록되어 있는 것이다.

유전 정보흐름은 DNA의 염기 배열을 이해해야 한다. 염기 배열에 따라 사람의 키와 피부색 등 생물학적 특성이 결정된다. 단백질의 기본 단위인 아미노산 1개를 ‘트리플렛 코드(triplet code)’로 나타낼 수 있다. ‘트리플렛 코드’는 DNA에서 3개의 염기 배열이다.

DNA의 염기 서열 중에서도 특히 단백질이나 RNA에 대한 정보를 제공하는 특정 부분의 염기 서열을 ‘유전자’라고 한다. 내 몸 안에 있는 단백질 정보는 나를 탄생시킨 부모님으로부터 전달된 것이다. 세계 여러 나라에서는 유전자 염기 배열을 알아내려는 ‘게놈(genome)프로젝트’가 계속 진행 중이다.

리보솜에서 단백질 합성

DNA의 염기 배열에 단백질의 정보가 저장돼 있다. 단백질의 합성이 필요할 때 DNA의 이중나선 구조가 떨어지면서 mRNA(전령RNA)가 만들어진다. mRNA에 의해 DNA의 염기 배열이 상보적 결합에 의해 복사되어 유전 정보가 전달된다. mRNA에서 3개의 염기 배열을 ‘코돈(codon)’이라 하는데, 코돈(염기 배열) 정보가 리보솜에 전해진다. 리보솜은 아미노산을 결합해 단백질을 합성하기에 리보솜은 단백질이 합성되는 장소라 한다. 단백질은 운반 통로인 소포체를 따라 골지체로 이동한다. 골지체에서 소포체에서 합성된 단백질을 세포 밖으로 분비하거나 세포질에 저장한다.

DNA는 모든 생물에 존재하며, 모든 생물은 DNA에 있는 유전자를 원본으로 하는 mRNA가 만들어지고, mRNA로부터 단백질이 만들어진다. 이를 통해 유전정보가 전달되는 것이다. 전사와 번역 과정을 통하여 리보솜에서 단백질을 만들고, 단백질에 저장된 유전정보는 다시 DNA로 전환되지 않는다.

강신종 < 용화여고 교사 >