남형근 교수

(조선대학교 생명화학과)

【에코저널=서울】♠우리 몸속의 핵산은?

핵산은 단백질의 형성 방향을 제공하는 정보 저장 분자들이다. 핵이라는 말은 진핵세포의 핵 내에 이 분자들이 위치하고 있음을 나타낸다.

두 가지 유형의 핵산이 있다. DNA(Deoxyribonucleic qcid) 와 RNA(ribonucleic qcid)가 그것이다. DNA내에는 유전자들이 있는데 이는 단백질과 아미노산 서열, 즉 일차구조를 프로그램하는 DNA의 특이한 부위다.

핵산들은 뉴클레오디트라고 불리는 다향체의 중합체들이다. 각 뉴클레오티드는 세부분으로 이뤄진 복잡한 유기분자다. 각 뉴클레오티드 중심에는 5탄당이 존재하는데 DNA에서는 '디옥시리보오스'이고 RNA에서는 '리보오스'다. 당에 결합된 것 중 하나는 산소원자에 결합된 인 원자를 함유하고 인전하를 띄는 인산기다. 당에 결합된 것 중 다른 하나는 질소를 포함하는 염기(질소성 염기) 로 하나 또는 두 개의 고리로 구성된다. 각 DNA 유클레오티드는 다음의 4가지 염기 중 하나를 갖는다.

아데닌(약자:A), 구아닌(G), 시로신(C), 티민(T) 이 그것이며 모든 유정정보는 4개의 문자인 A,G,C,T로 쓰여지게 된다. 티민과 시로신은 단일고리구조를 갖고, 아데닌과 구아닌은 이중고리구조를 갖게 된다.

뉴클레오티드 단향체들은 서로 결합해 한 뉴클레오티드 또는 DNA가닥이라 불리는 긴 사슬이 된다. 뉴클레오티드들은 한 뉴클레오티드의 당과 다음 뉴클레오티드의 인산 사이의 공유결합에 의해 서로 결합된다. 그 결과 당-인산 골격이 당-인산-당-인산의 반복적인 패턴으로 형성되게 되고 염기는 이 골격의 부속기관처럼 매달린 모양을 하게 된다.

♠부모들의 세포는 어떻게 그들의 유전자를 후손에게 전달되기 위해 복사될까?

유전은 두 DNA 가닥이 서로 꼬여서 이중나선을 형성한다는 것에 기초하고 있다.

나선의 중심부에는 DNA 한 가닥의 염기들이 다른 가닥의 염기들과 수소결합을 하고 있다. 이 염기들의 결합은 특이점이 많은데, A는 오직 T와 결합하고 G는 오직 C하고만 결합된다. 따라서 만일 당신이 DNA한 가닥의 염기들의 서열을 알면 이중나선에서 상보적인 가닥의 염기서열을 알 수 있게 된다.

이와는 다르게 RNA는 리보핵산이라는 이름이 함축하듯이 이 당은 '디욱시리보스'가 아니라 '리보오스'다. RNA 뉴클레오티드를 DNA 뉴클레오티드랑 바교하면 RNA의 리보오스 당이 DNA의 디욱시리보오스 당에 비해 여분의 수산기(-OH)를 가지게 됨을 알 수 있다. RNA와 DNA의 또 다른 점은 티민 염기 대신 RNA는 비슷하나 조금 다른 모양의 우라실(u)을 가지게 된다는 것이다.

또한 RNA는 보통 단일가닥형 으로만 발견되는데 DNA는 이중나선 이라는 점이 다르다. RNA 뉴클레오티드의 다른 세가지 종류는 DNA처럼 A,C 그리고 G염기를 갖는 것이 핵산이다.

♠세포가 표적인 페니실린

최초에 발견된 항생물질은 페니실린이다. 빵에서 자라는 일반적인 곰팡이인 penicillium notatum이 만들어지고 그 모습을 전자현미경 사진으로 확인할 수 있다.

1928년 페니실린을 발견한 알렉산더 플레밍은 항생물질을 발견한 계획을 가지고 있었던 것은 아니다. 그가 세균을 키우기 위해 노력하는 중에 성가신 'penicillium notatum'이라는 빵 곰팡이가 그의 세균 배양접시를 오염시켜 버린 게 발단이었다. 플레밍은 오염된 배양접시를 먼저 버리려 했으나, 곧 세균이 빵 곰팡이 근처에서는 자라지 못한 것을 알아차렸다. 다행히도 그는 세균의 성장률을 저해할 수 있는 물질의 가치를 인식하였고, 드디어 항생물질의 시대가 탄생하게 된 것이다.

항생 물질은 현대의학이 이룩한 기적 중 하나이다. 이것은 세균을 무력화시키거나 죽이는 약이다. 대부분의 항생물질은 다른 미생물로부터 유래되는 자연적인 화학물질이다. 예를 들어 페니실린은 1928년에 빵곰팡이로부터 처음으로 분리됐고, 1940년대 이후로 광범위하게 처방되고 있다.

페니실린이 소개되고 나서 인류의 보건적인 측면에서 말하면 감히 혁명이 일어났다고 할 수 있다. 많은 질병들(세균성 폐렴과 외과수술 중 감염)의 치사율이 급격히 감소했고, 그로 인해 수많은 생명을 구할 수 있게 된 것이다.

항생물질약품을 이용한 치료의 목표는 사람에게 최소한의 피해를 주면서 우리 몸에 침입한 세균을 죽이는 것이다. 그렇다면 어떻게 항생물질은 수조개의 인간세포 중에서 목표물인 구조물에 결합함으로서 위와 같은 작업을 수행할 수 있는 것일까?

이에 대한 대답으로는, 예를 들어 에리트로마이신은 세포 소기관의 하나인 세균의 리보솜의 일부분에 결합한다. 사람과 세균의 리보솜은 에리트로마이신이 단지 세균의 리보솜에만 결합할 수 있을 만큼 그 구조가 다르기 때문에 사람의 리보솜의 에리트로마이신의 영향을 받지 않는다.

스트렙토마이신, 테트라사이클린, 클로람페니콜과 같은 항생물질은 탄저병 원인균에 대해 쓸 수 있는 항생물질이기 때문에 최근에 각광받고 있다. 이 항생물질은 세균 유전체의 구조를 유지하는 데에 필요한 효소를 목표로 한다.

인간의 세포는 그 유전체가 세균의 유전에촤 다른 구성을 하고 있기 때문에 이 효소가 없이도 잘 생존할 수 있다. 페니실린, 암피실린, 바시트라신과 같은 항생물질은 세포벽의 합성을 방해함으로서 적용하게 된다. 많은 세균 세포의 세포벽은 인간세포에는 전혀 존재하지 않는 구조형태를 가지기 때문에 세균에만 영향을 끼칠 수 있는 것이다.