DNA와 RNA의 차이: 유전체·유전자부터 복제와 전사까지

메타설명: DNA와 RNA는 무엇이 다를까요? 유전체·염색체·유전자의 관계를 정리하고, DNA를 늘리는 복제와 DNA 정보를 읽어 RNA를 만드는 전사를 비교합니다. 상보적 염기쌍과 짧은 서열 예시로 유전 정보의 보존과 이용을 이해합니다.

 

‘DNA에 정보가 들어 있다’는 말을 자주 듣습니다. 하지만 DNA는 글자가 적힌 종이가 아니라 분자입니다. 분자의 어디에 정보가 있으며, 세포는 그 정보를 어떻게 다음 세포에 전하고 지금 필요한 일에 사용할까요?

세포의 분자들은 유전 정보를 이용해 생산되고 기능합니다. 이번에는 그 정보가 보존되고 이용되는 과정을 살펴봅니다. 핵심은 정보를 보존하기 위한 복제와, 정보를 이용하기 위한 전사를 구별하는 것입니다.

1. DNA의 정보는 염기가 나열된 순서에 있습니다

DNA(deoxyribonucleic acid, 디옥시리보핵산)는 세포에서 유전 정보를 저장하는 핵산입니다. 기본 단위인 뉴클레오타이드(nucleotide)는 당·인산·염기로 구성됩니다. DNA에서는 당과 인산이 사슬의 뼈대를 이루고, 염기(base)의 배열 순서가 정보를 담습니다.

DNA의 주요 염기는 아데닌(A), 티민(T), 구아닌(G), 사이토신(C)입니다. 일반적인 세포의 DNA는 두 가닥이 꼬인 이중나선이며, 한 가닥의 A는 다른 가닥의 T와, G는 C와 짝을 이룹니다. 이를 상보적 염기쌍(complementary base pairing)이라고 합니다. 한쪽 서열을 알면 다른 쪽의 짝을 정할 수 있다는 점이 중요합니다.

두 가닥에는 방향도 있습니다. 끝을 표시하는 5′와 3′는 당의 탄소 번호에서 나온 명칭입니다. 두 가닥은 서로 반대 방향으로 놓입니다. 이 표기는 서열을 읽고 쓰는 방향을 알려 줍니다.

2. 유전체·염색체·유전자는 서로 다른 범위를 가리킵니다

유전체(genome)는 한 생물의 유전 물질 전체를 가리킵니다. 세포 생물에서는 DNA로 이루어지며, 유전자 외의 영역도 포함합니다. 염색체(chromosome)는 DNA가 단백질 등과 함께 조직된 유전 물질의 단위이고, 유전자(gene)는 기능성 RNA나 단백질의 생산에 필요한 정보를 담은 DNA 구간으로 이해할 수 있습니다.

‘DNA → 염색체 → 유전자’가 서로 다른 재료로 조립되는 순서는 아닙니다. DNA는 분자의 종류이고, 염색체는 그 DNA의 조직 방식이며, 유전자는 DNA 안의 특정 정보 구간입니다. 유전체는 그 전체 범위를 가리킵니다.

세균에는 보통 원형 염색체가 있지만 염색체의 수와 형태에는 예외가 있습니다. 일부 세균은 염색체 밖에 플라스미드(plasmid)라는 별도의 DNA도 가집니다. 따라서 ‘세균의 유전체는 언제나 원형 DNA 한 개’라고 단정해서는 안 됩니다.

또한 유전체를 단백질 생산 구간만 모은 목록으로 생각하면 빠지는 것이 많습니다. RNA 자체가 기능하는 유전자도 있고, 유전자 사이에는 전사 조절 등에 관여하는 영역도 있습니다. 단백질을 지정하지 않는다는 이유만으로 모두 쓸모없다고 판단할 수는 없습니다.

3. DNA 복제는 다음 세포에 전할 DNA를 만듭니다

DNA 복제(DNA replication)는 DNA를 주형으로 새로운 DNA를 합성하는 과정입니다. 주형(template)은 새 가닥의 염기 순서를 정하는 기준이 되는 기존 가닥입니다. 세포가 분열할 때 유전 물질을 전달하려면 DNA의 사본을 마련해야 합니다.

이중가닥이 벌어지면 각각의 기존 가닥을 기준으로 상보적인 새 가닥이 만들어집니다. 복제가 끝난 두 DNA 분자는 각각 기존 가닥 하나와 새 가닥 하나를 가집니다. 이를 반보존적 복제(semiconservative replication)라고 합니다. 기존 이중가닥을 그대로 두고 새 이중가닥 하나를 따로 만드는 방식과 다릅니다.

여기에는 여러 효소가 협력합니다. DNA 중합효소(DNA polymerase)는 주형에 맞는 뉴클레오타이드를 연결해 새 DNA를 늘립니다. 새 가닥의 합성은 5′에서 3′ 방향으로 진행됩니다. 두 주형의 방향이 반대이므로 두 새 가닥을 만드는 세부 방식도 같지 않지만, 어느 쪽도 새 DNA를 3′에서 5′로 합성하지는 않습니다.

가닥의 유래와 생성물을 비교한 모식도입니다. 실제 복제 분기점·전사 장치의 구조, 길이와 시간 비례는 생략했습니다.

4. 전사는 DNA를 읽어 RNA를 새로 합성합니다

RNA(ribonucleic acid, 리보핵산)도 뉴클레오타이드가 연결된 핵산입니다. DNA와 달리 당으로 리보스를 가지며, 주요 염기는 A·U·G·C입니다. U는 유라실(uracil)로, 일반적인 RNA에서는 DNA의 T 대신 쓰입니다. RNA는 보통 한 가닥이지만, 그 안의 일부 구간이 서로 짝을 이루어 접힐 수 있습니다.

전사(transcription)는 DNA의 특정 구간을 주형으로 RNA를 합성하는 과정입니다. RNA 중합효소(RNA polymerase)가 해당 구간의 한 DNA 가닥을 읽고, 그에 상보적인 RNA를 만듭니다. DNA를 재료로 뜯어 RNA로 바꾸는 것이 아니라, RNA 뉴클레오타이드를 연결해 별도의 분자를 합성하는 것입니다.

아래 가상 예시에서 DNA 주형 가닥이 3′–TGCATG–5′라면, 만들어지는 RNA는 5′–ACGUAC–3′입니다. 주형의 T에는 RNA의 A가, 주형의 A에는 RNA의 U가 대응합니다. RNA를 반대쪽인 비주형 가닥(nontemplate strand)과 같은 방향으로 비교하면 T 대신 U가 있는 서열이 됩니다.

설명용 가상 서열이며 완전한 유전자나 실제 실험 결과가 아닙니다. 두 DNA 가닥 중 어느 쪽이 주형인지는 전사하는 구간에 따라 달라질 수 있습니다.

비교 항목	DNA 복제	전사
주요 목적	유전 물질의 사본 마련	특정 구간의 정보를 RNA로 이용
생성물	DNA	RNA
주형 이용	두 기존 가닥 각각을 주형으로 사용	해당 전사 구간의 한 가닥을 주형으로 사용
범위	세포 분열을 준비할 때 유전체 복제가 기본	필요한 전사 구간을 선택해 진행
중심 효소	DNA 중합효소	RNA 중합효소
새 가닥 합성 방향	5′ → 3′	5′ → 3′

두 과정 모두 상보성을 이용하지만 목적과 생성물이 다릅니다. 모두 ‘복사’라고만 부르면 이 차이를 놓치기 쉽습니다.

5. RNA는 메시지뿐 아니라 기능하는 분자입니다

전령 RNA(messenger RNA, mRNA)는 단백질의 아미노산 순서를 지정하는 정보를 전달합니다. 하지만 모든 RNA가 mRNA인 것은 아닙니다. 리보솜 RNA(ribosomal RNA, rRNA)는 단백질 생산 장치인 리보솜의 핵심 구성 요소이며 촉매 기능도 합니다. 운반 RNA(transfer RNA, tRNA)는 단백질 합성 과정에서 아미노산을 운반하고 mRNA의 정보에 맞추는 데 참여합니다.

따라서 RNA를 모두 ‘잠깐 쓰고 버리는 DNA의 사본’으로 이해하면 곤란합니다. RNA는 구조와 기능에 따라 역할과 유지되는 시간이 다릅니다. 일부는 정보 전달에, 일부는 구조 형성이나 반응 촉진에 직접 참여합니다.

또한 세포의 DNA와 RNA 관계를 바이러스 전체에 그대로 적용할 수는 없습니다. RNA를 유전체로 갖는 바이러스도 있습니다. 이번 비교는 세포의 기본 과정이며, RNA 바이러스의 유전체 복제는 뒤의 바이러스학 회차에서 구별해 다룹니다.