DNA의 구조 발견

1953년 Watson-Crick에 의해 제안된 DNA의 이중나선 구조는 DNA 염기 구성에 관한 샤가프의 법칙과 Rosalind Franklin의 X-선 회절 연구를 바탕으로 이루어졌다.

1. 샤가프의 법칙

DNA 구조 해명을 위한 기본 지식을 제공하였다.

1. 샤가프의 관찰

(1) DNA를 구성하고 있는 염기 조성은 종에 따라 다르다.

(2) 같은 종의 다른 조직으로부터 분리된 DNA의 염기 조성은 같다.

(3) 어느 한 종의 염기 조성은 그 생물의 연령, 영양상태, 그리고 환경의 변화에 따라서 영향을 받지 않는다.

2. 샤가프의 법칙

(1) 모든 생물체는 A와 T의 양이 항상 같고 ( [ A ] + [ T ] ), G와 C의 양도 항상 같다 ( [ G ] + [ C ] ).

(2) [ A + G ] = [ T + C ] = 50%, 즉 염기의 절반은 퓨린이고 나머지 절반은 피리미딘이다.

 

+단, 샤가프의 법칙은 이중나선에서만 적용

 

2. X선 결정학 실험

DNA 구조 결정을 위한 중요한 증거를 제공하였다.

1. X선 결정학

어떤 결정에 X선을 투사하고 그 X선이 결정 내에 있는 규칙적이고 반복적인 분자구조에 의하여 어떻게 회절 되는가를 보는 분석 방법.

2. DNA 구조를 알아보기 위해 X선 결정학을 이용한 사람은 왓슨, 크릭, 윌킨스, 프랭클린인데, 이들은 X선 영상에서 DNA 분자의 거리가 2.0nm, 0.34nm로 반복되어 나타남을 관찰하였다.

 

3. 왓슨과 크릭의 DNA 모형

1. 1950년대 초에 왓슨과 크릭은 X선 결정학 결과와 그때까지 밝혀진 지식 ( 샤가프의 법칙 )을 토대로 오른 쪽으로 돌아가는 DNA의 이중나선 분자 모양 ( B form ) 을 제작하였다.

2. 이 모형에서 당과 인산은 DNA 분자의 바깥쪽에서 골격( 당-인산 골격 )을 이루고 있으며, 염기는 안쪽에 배열되어 있다.

3. X선 결정학 수치의 의미

2.0nm가 의미하는 것은 이중나선의 폭이고, 0.34nm가 의미하는 것은 한 염기에서 다른 염기까지의 거리를 의미하며, 3.4nm는 이중나선이 한 바퀴 꼬이는데 필요한 거리를 의미한다.

4. DNA 폭이 2nm인 것은 퓨린 하나와 피리미딘 하나가 서로 마주 보고 수소결합을 하고 있다는 것을 의미한다.

(1) 분자구조의 특성상 아데닌 ( A )과 티민 ( T )은 2개의 수소결합을, 구아닌 ( G )과 시토신 ( C )은 3개의 수소결합을 형성한다.

(2) DNA 두 가닥은 서로 상보적인 관계로 DNA 한 가닥의 염기서열을 알면, 다른 한 가닥의 염기서열을 추정할 수 있다.

(3) 염기는 쌍을 이루면서 평면을 형성하게 되는데, 염기쌍 평면은 항상 당-인산 골격의 축에 거의 수직으로 존재한다.

5. 역평행 구조

DNA 분자를 수직으로 그리면 한 가닥은 5`에서 3`으로 위에서 아래로 향하고, 다른 가닥은 5`에서 3`으로 아래에서 위로 향한다.

6. 홈 ( groove )

DNA 분자에 따라 큰 홈 ( 주홈, major groove )과 작은 홈 ( 부홈, minor groove)이 번갈아 나타난다.

+왓슨과 크릭의 DNA 모형의 특징 ( B형 )

1. 당-인산 골격의 이중나선

2. 염기는 골격 내부에 위치

3. 역평행

4. 우회 나선 ( 오른쪽 나선 ) by X선 회절

5. 10염기쌍/1 turn, 염기쌍 간 회전각도 36º

6. 직경 2nm ( 20Å )

7. 3.4nm/1 turn, 염기쌍 간 거리 0.34nm ( 34Å )

8. A와 T의 이중 수소 결합, G와 C의 삼중 수소 결합 by 샤가프의 법칙.