핵산의 구성 성분과 DNA·RNA의 구조

DNA 이중나선 그림은 다들 한 번쯤 봤을 거예요. 근데 정작 "그 나선을 이루는 벽돌 하나가 뭐냐"고 물어보면 대답을 못 하는 학생들이 은근히 많습니다. 이번엔 그 벽돌, 그러니까 뉴클레오타이드부터 시작해서 DNA와 RNA가 왜 다르게 생겼는지까지 순서대로 짚어보겠습니다.

뉴클레오타이드 — 핵산의 단위체

핵산(DNA, RNA)도 결국 탄수화물이나 단백질처럼 단량체가 이어진 중합체입니다. 그 단량체가 뉴클레오타이드(nucleotide)인데, 하나의 뉴클레오타이드는 세 부분으로 이루어져 있어요. 오탄당(당이 5개 탄소로 이루어짐), 인산기, 그리고 질소 염기 하나. 이 세 조각이 붙어서 뉴클레오타이드 하나를 만들고, 이게 사슬처럼 쭉 이어지면 핵산이 됩니다.

인산기, 오탄당, 질소 염기 세 조각이 결합해 뉴클레오타이드 하나를 이룹니다 — 송쌤생명과학 자체 제작

염기 다섯 가지, 그리고 DNA와 RNA의 차이

질소 염기는 총 5종류인데, 고리가 두 개인 퓨린 계열(아데닌, 구아닌)과 고리가 한 개인 피리미딘 계열(사이토신, 타이민, 유라실)로 나뉩니다. 여기서 DNA와 RNA가 갈립니다 — DNA는 아데닌·구아닌·사이토신·타이민(A, G, C, T)을 쓰고, RNA는 타이민 대신 유라실을 씁니다(A, G, C, U). 당도 다릅니다. DNA는 디옥시리보스, RNA는 리보스인데 이름에서 보이듯 디옥시리보스는 리보스에서 산소 원자 하나가 빠진 형태입니다.

쌤 한마디: "타이민이랑 유라실 헷갈려요"라는 질문 정말 많이 받는데, 그냥 "DNA는 T, RNA는 U"로 외우면 끝입니다. 대신 왜 그런지도 알아두면 좋아요 — 유라실이 타이민보다 구조가 더 단순한데(메틸기 하나가 없음), 진화적으로 RNA가 먼저 등장했을 거라는 가설과도 맞아떨어지는 부분입니다.

구분	DNA	RNA
당	디옥시리보스	리보스
염기	A, G, C, T	A, G, C, U
가닥 수	대개 이중가닥	대개 단일가닥

뉴클레오타이드가 이어지는 방식

뉴클레오타이드끼리는 한쪽의 인산기와 다른 쪽의 당이 탈수축합반응으로 결합하면서 길게 이어집니다. 이때 만들어지는 결합을 인산이에스터결합(phosphodiester bond)이라고 부르는데, 이 결합이 반복되면서 당-인산-당-인산으로 이어지는 뼈대가 생기고, 그 뼈대에 염기들이 옆으로 하나씩 붙어 있는 모양이 됩니다. 사슬에는 방향성도 있어서 한쪽 끝은 5', 다른 쪽 끝은 3'이라고 부르는데, 이 방향은 나중에 복제·전사를 배울 때 계속 나오니까 지금 미리 익숙해져 두는 게 좋습니다.

DNA는 왜 이중나선일까

RNA는 보통 한 가닥으로 존재하는데 DNA는 두 가닥이 서로 꼬여서 이중나선을 이룹니다. 이게 그냥 생긴 모양이 아니라 정보를 안정적으로 보관하기 위한 구조예요. 두 가닥은 염기끼리 수소결합으로 마주 붙어 있는데, 아무 염기끼리나 붙는 게 아니라 아데닌은 항상 타이민과, 구아닌은 항상 사이토신과 짝을 이룹니다(상보적 염기쌍). 아데닌-타이민은 수소결합 2개, 구아닌-사이토신은 3개로 붙는데, 이 규칙 덕분에 한쪽 가닥의 서열만 알면 반대쪽 가닥이 자동으로 정해집니다 — DNA 복제가 정확하게 이루어질 수 있는 핵심 이유가 바로 이거예요. 두 가닥의 방향도 서로 반대(역평행)라는 점까지 기억해두세요.

아데닌-타이민은 수소결합 2개, 구아닌-사이토신은 수소결합 3개로 결합합니다. 두 가닥의 방향이 서로 반대(역평행)라는 점도 함께 눈여겨보세요 — 송쌤생명과학 자체 제작