핵산

核酸 / Nucleic Acid

1 개요

생물 세포에 존재하는 고분자 물질. 생명의 유전 정보를 기록하는 역할을 한다. 쉽게 말해 생물의 설계도다. 대표적인 핵산으로는 DNA와 RNA가 있다. 근데 항목은 핵산이 훨씬 나중에 생겼다. 생명을 구성하는 물질로 단백질에 이어 두 번째로 높은 비율을 지니고 있다. 뉴클레오타이드의 중합체로 구성된다.

2 구조

아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민, 우라실의 다섯 종류 염기와 리보스 데옥시리보스의 당(sugar), 그리고 인산(phosphate)로 구성된다. 일단 기본적으로 인산-당-인산-당... 식으로 길게 체인처럼 연결된 기본 골조에 염기가 돌출되어 있는 구조로 되어 있다. 여기서 DNA의 경우는 우리가 익히 알고 있는, 이제는 분자생물학을 상징하는 아이콘이 된 이중나선 구조를 이루고, RNA의 경우는 조금 비틀어진 이중나선을 이루는 경우도 있지만 대부분은 구조가 없거나 복잡한 구조로 접혀서 기능을 가지고 있기도 한다.

기본적으로 핵산을 구성하는 물질은 뉴클레오타이드(핵염)인데, 이건 당과 염기로 구성된 핵당(Nucleoside)에 인산기가 세개 붙은 모습이다. 이 인산기 중에 두 개는 핵산 합성에서 에너지원으로 사용된다. 그래서 최종적으로 핵산에 포함되는 건 당하고 염기 하나마다 인산기 하나가 포함되므로, 아까 말했던 인산-당-인산-당... 의 골조가 구성되는 것이다. RNA는 뉴클레오타이드 ATP(Adenosine Triphosphate), GTP(Guanosine Triphosphate), CTP(Cytidine Triphosphate), UTP(Uridine Triphosphate)로 구성되고 DNA는 여기서 당 부분만 라이보오스에서 디옥시라이보오스로 교체한 dATP(Deoxyadenosine Triphosphate), dGTP(Deoxyguanosine Triphosphate), dCTP(Deoxycytidine Triphosphate), dTTP(Deoxythymidine Triphosphate)로 구성된다. 여기에서 RNA에서는 우라실이, DNA에서는 티민이 사용되는 것을 볼 수 있다.

핵산의 구조적 특징 중 가장 중요한 것은 사슬 외부로 돌출된 염기들이 짝을 지을 수 있다는 점이다. 가장 메이저한 것은 역시 DNA의 아데닌-티민, 구아닌-시토신의 염기쌍 형성이겠지만, RNA의 경우엔 구아닌-시토신-구아닌 이렇게 3개가 짝짓는 경우도 있고 메틸화된 아데닌과 구아닌이 짝짓는 경우도 있다. 이는 RNA의 독특한 구조 형성에 큰 기여를 한다.

3 핵산의 기능

핵산이 생명체의 유전 물질로 사용될 수 있는 이유는 바로 그 짝짓는 능력과 이중나선 구조에 있다. 어떤 물질이 생명체의 정보를 담고, 그 정보를 자손에게 물려줄 수 있는 유전 물질로서 사용되기 위해서는 두 가지가 보장되어야 하는데, 첫 번째는 멋대로 반응하거나 변질되지 않는 안정성이고, 두 번째는 그 것을 똑같이 복제하여 물려줄 수 있도록 하기 위한 복제성이다. 유전물질의 안정성이 보장되지 않는다면 아주 큰 문제가 생긴다. 유전 정보가 바뀌어서 갑자기 몸에서 종양 덩어리가 생기거나 하면(물론 과장을 좀 하긴 했지만) 큰일 날 것이다. 암은 이런 식으로 유전 물질이 발암물질이라고도 부르는 고반응성 물질과 반응해서 변질되어 생기는 것으로, 발암물질은 다른 게 아니라 DNA를 변질시킬 수 있는 능력을 가지고 있는 물질들이 죄다 발암물질이다. 태어나자마자 암 걸려서(...) 죽지 않으려면 당연히 반응성이 낮고 안정한 물질을 유전물질로 사용해야 한다. 이 능력은 핵산의 이중나선 구조가 보장해 준다. 이중나선이 한 번 형성되면 중요한 염기쌍 부분은 나선의 중앙으로 들어가 단단하게 보호되고, 염기쌍 부분의 작용기 몇개와 인산-당 골격만 밖의 환경에 노출되어 안전하게 중앙의 염기쌍이 변질되는 것을 막아준다. 덕분에 생명체는 자신의 유전 정보를 변질될 염려 없이 염기쌍의 서열에 안전하게 저장할 수 있는 것이다.

또 다른 중요한 요건은 복제 능력이다. 이건 핵산의 짝짓는 능력이 보장해 준다. 염기쌍 형성(Base-pairing)이라고도 하는 짝 짓는 능력은, 말 그대로 아데닌(A)-티민(T) 또는 우라실(U), 그리고 구아닌(G)-시토신(C)의 염기들은 서로서로 짝을 지을 수 있다는 것이다. 여기서 중요한 것은 그 특이성(specificity)인데, 그 뜻은 DNA에서라면 항상 아데닌은 티민과, 구아닌은 시토신과 짝을 이룬다는 것이며, 아데닌과 구아닌이나 아데닌과 시토신이 결합하는 일은 존재하지 않는다는 것이다. 이 특징이 무엇을 의미하는가? DNA는 이중나선 구조다. 즉, 언제나 두 가닥이 서로에 대해 상보적으로 결합한 상태로 존재한다. 이런 DNA를 복제하는 것은? 간단하다. 먼저 단단히 꼬여 있는 두 가닥을 풀어내서 가닥 하나씩으로 만든다. 그러면 서로 짝짓는 서열을 가지는 두 가닥의 DNA가 나올 것이다. 그리고 나면? 각각의 가닥에다 상보적인 염기를 가지는 뉴클레오타이드를 하나씩 붙인다. 만약 아데닌이 보이면 티민을 가져다붙이고, 티민이 보이면 아데닌을, 구아닌이 보이면 시토신을, 시토신이 보이면 구아닌을 가져다 붙이는 것이다. 이 작업이 모두 완료되면, 한 가닥 짜리 DNA가 어느새 두 가닥짜리 DNA가 되었다.
이렇게 짝짓는 능력이 특이성이 있기 때문에(specific 하기 때문에) 이 새로운 두 가닥 DNA는 원래 있던 DNA와 일치한다! 그리고 아까 DNA를 풀어서 두 개의 한 가닥 DNA를 만들었던 것을 기억하는가? 그렇다! 나머지 하나도 새로운, 그리고 원래의 DNA와 일치하는 두 가닥 DNA가 되었다! 즉, DNA를 이루는 두 개의 가닥을 풀어내서 두 개의 한 가닥 DNA를 만든 뒤, 그 서열을 바탕으로 각각의 한 가닥 DNA에 염기를 하나씩 붙이다 보면 원래의 DNA와 동일한 DNA가 두 개가 등장하는 것이다! 이제 어떻게 하면 되겠는가? 한 개는 자기가 가지고, 다른 한개는 자식을 만들어서 주면 된다! 이게 바로 생명 활동의 정의 중 하나인 생식인 것이다.

4 핵산 음식(?)

몇 년 전부터 "핵산이 풍부한 음식" "생명의 기원 핵산" "핵산 합성, 20세 전후로 감소하니 음식섭취 해야..." "불로장생" "피부미용" "만병(암)통치" 따위의 해괴한 주장과 함께 핵산건강식품이 나돌기 시작했다. "핵산 음식"으로 검색해봐도 많이 뜬다.

이들은 보통 아래와 같은 순서로 주장하는데,

1. DNA와 RNA는 우리의 몸을 구성하며…(보통 여기까진 정상적이다)
2. 모든 병은 DNA 손상 때문에 일어난다.(일부만 그렇다. 대표적으로 암. 그러나 어려운 용어부터 형형색색의 그림까지 동원하며 '과학적인 척을 하며' 밑작업을 한다. 이미 이 시점부터 답이 없다고 봐야한다.) 그리고 노화도 핵산 부족때문에 일어난다고 주장.
3. 핵산 합성은 20세부터 감소해서 필수적으로 음식으로 섭취해야 한다.(어린이는 성장발달, 학생의 공부 머리 돌아가기, 여성은 피부미용…도 들먹인다. 다이어트도 도움이 된단다. 고혈압도 고친다. 담배로 인한 질병도 정상적인 활동이 가능하도록 만든다. 늙지도 않고 장수한다. 김치)
4. '핵산 음식' 그리고 '핵산 액기스'를 광고한다.

당연히 말도 안 되는 주장이다.

핵산은 당신이 먹는 거의 모든 것에 들어있다! 미생물도 안 붙은 돌이나 설탕 따위나 씹어먹고 산다면 또 모를까. 사실 그렇기 때문에 생물에서 차지하는 비중이 단백질과 비등함에도 불구하고 3대 영양소에서도 제외되어 있는 것이다. 일단 무엇이든 먹기만 하면 절대 핵산이 모자랄 일은 없기 때문인데. 그리고 어차피 소화구조라는건 물질을 그대로 가져다대는 것이 아니라 구성요소로 전부 분해한 뒤 재구성하는 것이다. 외부에서 핵산을 섭취한다고 그 핵산이 그대로 우리 몸의 핵산에 끼어들면... 뭐 돼지고기 많이 먹은 사람들은 돼지가 되나?

핵산계 조미료라는 것이 존재한다. 아미노산계 조미료와 혼합해서 사용하면 어째서인지 효과가 강력해진다고 한다.