생명과학에 투자 전에 개념부터 알자: 거대분자

생명과학 회사에 투자는 하고 싶은데 기초 지식은 없고 그렇다고 묻지 마 투자는 하기 싫은 사람들을 위해서 분자생물학에 대한 개념을 정리하고자 한다.

이번 글은 지난 글 생명과학에 투자 전에 개념부터 알자: 분자생물학에 이어서 거대분자의 개념을 정리하려고 한다.

 

우선 생명이라는 기능을 하기 위한 4개의 분자가 있다고 하였고 그들을 거대분자라고 한다고 설명하였다. 4개의 분자는

1. 핵산

2. 단백질

3. 지방

4. 탄수화물

이다.

 

결론적으로 이야기한다면 핵산은 유전정보를 담고 있는 저장물질로서 부모에서 자식으로 연결되는 생명의 정보 보관창고이다. 단백질은 이 핵산에 담겨 있는 유전정보를 해석하여 내 몸과 세포가 특정 기능을 하도록 하는 분자이다. 지방과 탄수화물은 세포를 구성하고 에너지원으로 사용되는 분자이다. 

 

구조적으로도 특징이 있는데 핵산과 단백질은 가지가 없는 연쇄서열로 구성이 되어있다. 즉 실처럼 처음부터 끝까지 한 줄로 연결된 구조이다. 지방과 단백질은 가지가 있는 서열구조를 가지고 있다. 마치 책에서 글은 처음부터 끝까지 한 개의 줄로 연결이 되어있지만 책 표지의 그림은 다양한 모양을 하고 있는 것처럼 정보를 전달하고 해석하는 물질인 핵산과 단백질은 한 줄의 연쇄서열이지만 탄수화물과 지방은 그렇지 않다.

 

핵산 (Nucleic Acids):

DNA (디옥시리보핵산): DNA는 유전 정보를 저장하고 전달하는 역할을 한다. DNA는 이중 나선 모양의 구조를 가지며, 염색체에 위치한 유전자를 통해 생물체의 모든 특성을 결정한다. DNA는 아데닌 (A), 티민 (T), 구아닌 (G), 시토신 (C) 네 개의 염기로 이루어져 있으며, 이 염기 조합이 유전 정보를 구성한다.

 

예) 선천성 면역과 관련된 LRR1 유전자. 아래 그림처럼 처음부터 끝까지 한 줄로 연결된 구조이다. 

유전체지도상에서 LRR1 의 위치. 염색체 14번에 있으며 왼쪽부터 오른쪽으로 곧은 직선으로 표현되어있는 것을 볼 수있다.

위 유전자의 실제 서열은 아래처럼 표시하며 A, T, C, G 네 개의 염기가 무작위로 적혀있다. 전체 문자의 개수는 대략 15,700자이다. 책을 읽는 방식으로 왼쪽부터 오른쪽으로 한 줄씩 읽어가면 된다.

Homo sapiens chromosome 14, GRCh38.p14 Primary Assembly

NCBI Reference Sequence: NC_000014.9

GenBank Graphics

>NC_000014.9:49598940-49614672 Homo sapiens chromosome 14, GRCh38.p14 Primary Assembly
GAGGACCCCGATGGCGGCGCCGGGTGGCGGGAAGGAGGAAGTTTCAAAGCCAGCTTGACGTGGTTGTGGC
CGTTGGGCGAGATGAAGCTACACTGTGAGGTGGAGGTGATCAGCCGGCACTTGCCCGCCTTGGGGCTTAG
GAACCGGGGCAAGGGCGTCCGAGCCGTGTTGAGCCTCTGTCAGCAGACTTCCAGGAGTCAGCCGCCGGTC
CGAGCCTTCCTGCTCATCTCCACCCTGAAGGACAAGCGCGGGACCCGCTATGAGGTGCGTGAAGTGGGCA
GGCCCTGTCAGTCTCGCGTTCTTCTTGGAAGCCGAGACGCGGGCCACCCTCGGTCCTCATGCTCCCGGCT
GCTCCCTAGGCGAAAGCCCGCCTTGGGGGTTCCTGAACTCCCAGCCTTGAGACCTACCATCAGCCCGACC
CCAGGGTCCTGTGCGTCTTCCTACGGACCCGAAAGAAGAAAGCTTTGAGAGTGTACCTTTTCGCTATTTT
TCCTCCCCACTTTTACGACTTTGAATTTACAGTGTTGCTATTTAGTAGTGGATGGCAATCCCGCCTGTTT
CAAGTTTCTGAAATTTTGCGTGAAACAAGCGCAAATGAAGCAGCTGTCCAGTTGGGGAACAGTAAAATAA
CTGCAGTTCTGTTCAGTGAATTCTTTCTCCCACAATATTCTCCCTAGCTTAAAAAAGCAGGTCGGCCGCC

RNA (리보핵산): RNA는 DNA의 정보를 읽고, 전사 및 번역을 통해 단백질 합성에 참여한다. RNA는 한 가지 염기, 우라실 (U),를 포함한 아데닌 (A), 구아닌 (G), 시토신 (C) 네 개의 염기로 이루어져 있으며, 여러 형태와 역할을 가지고 있다.

 

위에서 예를 들어서 보여준 LRR1 유전자 그림의 경우 전체 DNA 서열아래에 NM_152329라는 글씨가 보이는데 이것이 RNA 서열의 번호를 뜻한다. 아래와 같이 표시하며 DNA 서열에 비해서 대폭 길이가 줄어든 것을 알 수 있다. 전체 길이는 1524글자이다.

Homo sapiens leucine rich repeat protein 1 (LRR1), transcript variant 1, mRNA

NCBI Reference Sequence: NM_152329.4

GenBank Graphics

>NM_152329.4 Homo sapiens leucine rich repeat protein 1 (LRR1), transcript variant 1, mRNA
GAGGACCCCGATGGCGGCGCCGGGTGGCGGGAAGGAGGAAGTTTCAAAGCCAGCTTGACGTGGTTGTGGC
CGTTGGGCGAGATGAAGCTACACTGTGAGGTGGAGGTGATCAGCCGGCACTTGCCCGCCTTGGGGCTTAG
GAACCGGGGCAAGGGCGTCCGAGCCGTGTTGAGCCTCTGTCAGCAGACTTCCAGGAGTCAGCCGCCGGTC
CGAGCCTTCCTGCTCATCTCCACCCTGAAGGACAAGCGCGGGACCCGCTATGAGCTAAGGGAGAACATTG
AGCAATTCTTCACCAAATTTGTAGATGAGGGGAAAGCCACTGTTCGGTTAAAGGAGCCTCCTGTGGATAT
CTGTCTAAGTAAGGCCATTTCCAGCAGTTTAAAAGGTTTCCTTTCAGCTATGAGACTGGCTCATAGAGGC
TGTAATGTTGATACACCAGTTTCAACGCTCACACCAGTGAAGACTTCAGAATTTGAAAACTTTAAAACTA
AAATGGTTATCACATCCAAAAAAGACTATCCTCTAAGTAAGAATTTTCCATATTCCTTGGAACATCTTCA
GACTTCTTACTGTGGGCTTGTCCGAGTTGATATGCGTATGCTTTGCTTAAAAAGCCTTAGGAAATTAGAC
TTGAGTCACAACCATATAAAAAAGCTTCCAGCTACAATTGGAGACCTCATACACCTTCAAGAACTTAACC
TGAATGACAATCACTTGGAGTCATTTAGTGTAGCCTTGTGTCATTCTACACTCCAGAAGTCACTTCGGAG
TTTGGACCTCAGCAAGAACAAAATCAAGGCACTCCCTGTGCAGTTTTGCCAGCTCCAGGAACTTAAGAAT
TTAAAACTTGACGATAATGAATTGATTCAATTTCCTTGCAAGATAGGACAACTAATAAACCTTCGCTTTT
TGTCAGCAGCTCGAAATAAGCTTCCATTTTTGCCTAGTGAATTTAGAAATTTATCCCTTGAATACTTGGA
TCTTTTTGGAAATACTTTTGAACAACCAAAAGTCCTTCCAGTAATAAAGCTGCAAGCACCATTAACTTTA
TTGGAATCTTCTGCACGAACCATATTACATAATAGGATTCCATATGGCTCTCATATCATTCCATTCCATC
TCTGCCAAGATTTGGATACCGCAAAAATTTGTGTTTGTGGAAGATTCTGTCTGAACTCTTTCATTCAAGG
AACTACTACCATGAATCTGCATTCTGTTGCCCACACTGTGGTCTTAGTAGATAATTTGGGTGGTACTGAA
GCACCTATTATCTCTTATTTCTGTTCTCTAGGCTGTTATGTTAATTCCTCTGATATGTTAAAGTAATGGG
TGAGACCAGAAAAAGAAATTTCAATAACAGATCAGTTTGGGGTGCATGTATGATTTTGCAGCGTCAAATT
GGAGTAAGGGAAGATTTCTGTATACTTGCTGGAGAGGAGGAATGTGTATAGTTACTCATTTAGATGACTC
CAAAACTTTTATTAAAACCAATTTTAGTTTTA

 

단백질 (Proteins):

단백질은 생물체 내에서 다양한 기능을 수행하는 생물학적 분자이다. 단백질은 주로 20개의 아미노산의 연쇄서열로 구성되며, 각각의 아미노산의 조합과 순서에 따라 단백질의 구조와 기능이 결정된다. 단백질은 효소로서 생화학적 반응을 촉진하거나 조절하고, 구조 단백질로서 세포의 구조와 지원을 제공하며, 수송 단백질로써 분자나 이온을 운반하고, 항체로서 면역 반응을 조절하는 등 다양한 역할을 한다.

 

위에서 예를 들고 있는 LRR1 유전자의 경우는 단백질 LRR1을 만들 수 있는 정보를 가지고 있고 LRR1 단백질은 다음과 같이 번역된다. 위 RNA 서열보다 더 줄어든 것을 볼 수 있다. 전체 길이는 420글자이다. 

leucine-rich repeat protein 1 isoform 1 [Homo sapiens]

NCBI Reference Sequence: NP_689542.2

GenPept Identical Proteins Graphics

>NP_689542.2 leucine-rich repeat protein 1 isoform 1 [Homo sapiens]
MKLHCEVEVISRHLPALGLRNRGKGVRAVLSLCQQTSRSQPPVRAFLLISTLKDKRGTRYELRENIEQFF
TKFVDEGKATVRLKEPPVDICLSKAISSSLKGFLSAMRLAHRGCNVDTPVSTLTPVKTSEFENFKTKMVI
TSKKDYPLSKNFPYSLEHLQTSYCGLVRVDMRMLCLKSLRKLDLSHNHIKKLPATIGDLIHLQELNLNDN
HLESFSVALCHSTLQKSLRSLDLSKNKIKALPVQFCQLQELKNLKLDDNELIQFPCKIGQLINLRFLSAA
RNKLPFLPSEFRNLSLEYLDLFGNTFEQPKVLPVIKLQAPLTLLESSARTILHNRIPYGSHIIPFHLCQD
LDTAKICVCGRFCLNSFIQGTTTMNLHSVAHTVVLVDNLGGTEAPIISYFCSLGCYVNSSDMLK

그리고 단백질은 실제 이 정보를 바탕으로 접히게 되는데 이를 통해 3차원 구조를 가지게 된다. 일종의 종이 접기처럼 생각하면 된다. LRR1 이 접히면 아래 그림처럼 생겼다. 

LRR1 단백질의 접힘 모습

 

지방 (Lipids):

지방은 에너지 저장, 구조적 지지, 열 조절, 신호 전달 등 다양한 기능을 수행하는 생물학적 분자이다. 가장 일반적인 지방 종류로는 지방산, 인지질, 스테로이드, 왁스 등이 있다. 인지질 지방은 세포막의 구성 성분 중 하나로, 세포를 둘러싸며 화학적 안정성을 유지하고 물질의 통과를 조절한다. 스테로이드는 세포막을 견고하게 만들어 주는 역할을 한다. 중성지방 등의 지방은 에너지 저장과 열 조절 역할을 수행한다.

세포막은 인지질과 스테로이드 그리고 단백질이 섞여서 만들어진다.

세포막의 구조. 출처: wikipedia

 

탄수화물 (Carbohydrates):

탄수화물은 에너지 공급, 구조적 지지, 신호 전달 및 세포 인식과 같은 다양한 기능을 가지는 생물학적 분자이다. 가장 간단한 형태의 탄수화물은 단당류 (단백질)이며, 복합 탄수화물에는 식물의 세포벽과 같은 다당류가 포함된다. 탄수화물은 주로 에너지원으로 사용되며, 글루코스와 같은 단당류는 세포 내에서 에너지 공급의 주요원이다. 또한, 세포 인식 및 신호 전달 과정에 참여하는 분자로도 작용한다. 

 

정리

엄밀하지는 않지만 크게 나누어 정리하면 다음과 같다.

• 부모로부터 닮음을 전달하는 즉 유전정보와 관련된 분자는 핵산과 단백질이다.
• 생명이라는 개체를 만드는 데 사용되는 분자는 단백질, 지방이다.
• 생명이라는 개체를 가동하는 에너지원은 탄수화물이다.