DNA는 디옥시리보핵산을 줄여 부르는 이름으로, 살아 있는 세포에서 유전 정보를 저장하고 전달하는 분자이다. 사다리를 나선형으로 꼬아 놓은 모양이며, 이를 이중 나선이라고 한다. 이 나선의 너비는 약 2나노미터이다. 1나노미터는 10억분의 1미터이다.

크기

DNA의 크기는 보통 이중 나선의 너비, 즉 꼬인 두 가닥을 가로질러 잰 너비를 뜻한다. 각 가닥은 뉴클레오타이드라는 작은 단위가 이어진 사슬이다. 두 가닥은 화학적 염기가 짝을 이룬 염기쌍으로 서로 붙어 있으며, 이 염기쌍이 사다리의 가로대가 된다.

세포에 있는 일반적인 DNA 형태인 B-DNA는 너비가 1.9~2나노미터이다. 이웃한 염기쌍은 나선을 따라 0.34나노미터 간격으로 놓여 있고, 나선은 염기쌍 약 10개마다, 즉 3.4나노미터마다 한 바퀴를 돈다. DNA에는 훨씬 드문 형태가 두 가지 더 있는데, A-DNA와 Z-DNA라고 하며 꼬인 방식이 다르다.

DNA의 길이는 분자에 따라 다르다. 사람의 22번 염색체는 가장 작은 염색체 중 하나이며, 약 4800만 염기쌍으로 이루어진 DNA 분자 하나이다. 이를 쭉 펴면 길이가 약 1.5센티미터일 것이다.

크기 비교

• DNA 이중 나선 약 4만~5만 개를 옆으로 나란히 늘어놓으면 사람 머리카락의 굵기에 해당한다.
• 세포막을 이루는 지질 이중층은 두께가 약 5나노미터로, DNA 너비의 2.5배이다.
• 금 원자는 지름이 약 3분의 1나노미터이므로, DNA의 너비는 금 원자 약 6개와 같다.
• DNA를 사람 머리카락 굵기로 확대한다면, 사람 세포 하나에 든 DNA는 길이가 약 100킬로미터에 이를 것이다. 이 DNA는 지름이 약 30센티미터인 세포핵 안에 꽉 채워져 있을 것이다.

세포 하나에 든 DNA의 양

일반적인 사람 세포에 든 DNA는 끝과 끝을 맞대어 한 줄로 늘어놓으면 약 2미터에 이른다. 그런데 이 DNA가 들어 있는 세포핵은 지름이 약 6마이크로미터에 불과하다. 1마이크로미터는 100만분의 1미터이다. DNA의 길이는 세포핵 지름의 30만 배가 넘는다.

사람 유전체, 즉 사람의 DNA 전체는 약 32억 개의 뉴클레오타이드로 이루어져 있다. 이 DNA는 서로 다른 24가지 염색체로 나뉘어 있다. 각 염색체는 매우 긴 DNA 분자 하나이며, 단백질과 결합해 있다. 단백질은 이 분자를 접고 압축해 촘촘한 모양으로 만든다.

이중 나선의 발견

영국 케임브리지 대학교에서 연구하던 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 1953년에 이중 나선을 제시했다. 이들의 모형은 염기가 어떻게 짝을 이루는지 보여 주었다. 아데닌은 티민과, 사이토신은 구아닌과 짝을 이룬다. 이 모형은 DNA가 어떻게 복제될 수 있는지도 시사했다.

X선 회절이 이 구조를 밝히는 데 도움이 되었다. 이 방법은 X선이 분자에 부딪혀 흩어질 때 만드는 무늬로부터 분자의 모양을 알아낸다. 로절린드 프랭클린은 이 방법으로 DNA를 연구하고 있었고, 모리스 윌킨스도 DNA의 구조를 연구하고 있었다. X선 무늬는 염기 사이의 규칙적인 0.34나노미터 간격을 보여 주었다.

왓슨, 크릭, 윌킨스는 1962년에 노벨상을 함께 받았다. 프랭클린은 그때 이미 세상을 떠났고, 노벨상은 사후에는 수여되지 않는다.

출처

• Biochemistry, DNA Structure. StatPearls, NCBI Bookshelf, 2023.
• DNA Structure and Sequencing. Biology 2e, OpenStax, 2018.
• Chromosomal DNA and Its Packaging in the Chromatin Fiber. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
• Membrane Structure. Molecular Biology of the Cell, 4th edition, Garland Science, 2002.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.