"RNA·DNA가 모두 생명의 기원이었다"
"RNA·DNA가 모두 생명의 기원이었다"
  • 강지희
  • 승인 2019.04.30 00:25
  • 조회수 2034
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생명은 바다에서 시작되었다고 합니다. 출처: pixabay
생명은 바다에서 시작되었다고 합니다. 출처: pixabay

생명의 기원을 찾는 연구는 언제나 생명과학을 공부하는 과학자들에게 큰 숙제입니다. 현재로썬 RNA가 최초의 생명이며 DNA는 RNA가 진화하면서 생긴 물질이라는 관점이 지배적인데요.

 

RNA가 최초의 생명이라는 말에 의문을 제기한 연구진이 있습니다. <Nature chemistry>에 게재된 논문에 따르면, RNA와 DNA는 하나의 형태로 같이 생겨났으며 진화하면서 따로 나누어진 거라는 설명입니다.

 

DNA와 RNA의 차이점은?

DNA와 RNA의 차이. 출처: Fotolia
DNA와 RNA의 차이. 출처: Fotolia

DNA는 염색체의 구성 요소 중 하나인 유전물질로 유전정보를 갖고 있습니다. DNA는 핵에서 RNA를 합성해 자신의 유전정보를 RNA로 전달하고 RNA는 핵 밖으로 나가 단백질 합성에 관여합니다. 이런 유전정보의 흐름을 '생명 중심 원리'라고 합니다.

 

DNA와 RNA 둘 다 생명을 만드는 데 중요한 역할을 합니다. 하지만 이 둘은 차이점을 갖고 있습니다. 첫째, DNA는 이중나선으로 RNA는 단일나선으로 구성돼 있습니다. 그래서 RNA는 DNA의 이중나선 중 한 가닥을 통해 합성됩니다. 

 

둘째, DNA와 RNA는 각각 다른 물질로 구성됩니다. DNA와 RNA는 공통적으로 당, 염기, 인산을 갖고 있는데요. DNA와 RNA는 다른 종류의 당과 염기를 갖습니다. DNA는 데옥시리보오스(Deoxyribose)를 갖고 RNA는 리보오스(Ribose)를 갖습니다. 데옥시리보오스는 2번 탄소에 수소(H)가 붙어있지만 리보오스는 2번 탄소에 수산기(OH)가 붙어있습니다.

 

DNA를 구성하는 염기는 아데닌(A, Adenine), 구아닌(G, Guanine), 시토신(C, Cytosine), 티민(T, Thymine)이 있습니다. RNA는 DNA와 공통적으로 아데닌, 구아닌, 시토신을 갖습니다. 하지만 RNA는 티민이 아닌 우라실(U, Uracil)을 갖습니다.

 

RNA 세계 이론이란?

RNA 바이러스 중 하나인 에볼라 바이러스. 출처: Fotolia
RNA 바이러스 중 하나인 에볼라 바이러스. 출처: Fotolia

RNA가 생명의 기원이라는 'RNA 세계(RNA world) 이론'은 생화학자 월터 길버트가 1986년에 먼저 제시했습니다. 월터 길버트는 DNA 염기서열을 분석하는 방법을 개발하여 1980년 노벨 화학상을 탄 과학자였는데요. 길버트는 자신의 염기서열을 스스로 복제하는 RNA 분자가 최초의 생명체였을 것이라고 주장했습니다. 

 

과학자들은 RNA가 최초의 생명체였을 것이라는 증거를 여러 개 찾아냈습니다. 생물과 비생물 사이의 존재인 바이러스 중에는 RNA를 유전물질로 사용하는 것들이 있는데요. 에볼라, C형 간염, 소아마비도 RNA 바이러스로부터 비롯된 질병들입니다.

 

RNA는 서열 정보를 전달하기 쉽도록 직선으로 뻗은 형태를 가졌으며 3차원 형태로 자기조립을 할 수 있습니다. 자기조립이란 단백질 등 생체고분자가 적당한 환경조건에서 그 자신이 집합하여 생리적으로 의미가 있는 고차 구조를 형성하는 현상을 말합니다. 

 

자기조립을 한 RNA는 효소 작용을 할 수도 있다고 합니다. 실제로도 RNA 효소가 존재하는데요. RNA 세계 이론에 따르면 RNA는 단백질이 나타나기 전에 효소 역할을 했으며 DNA가 나타나기 전에는 유전정보를 복제하는 역할도 했다고 합니다. 

 

다만, RNA는 단일나선 형태라 불안정하다는 단점이 있습니다. 그래서 RNA가 진화를 하고 안정적인 이중나선 구조를 가진 DNA가 등장했다고 합니다.

 

DNA와 RNA는 원래 하나였다?

DNA와 RNA가 원래 하나였대! 출처: Fotolia
DNA와 RNA가 원래 하나였다?! 출처: Fotolia

하지만 미국 캘리포니아 The Scripps Research Institute의 화학과 교수 Ramanarayanan Krishnamurthy의 연구진은 다른 생각을 내놓았습니다. Krishnamurthy는 RNA와 DNA가 하나로 존재했지만 진화하면서 분리됐을 것이라고 주장했습니다. 

 

Krishnamurthy의 연구진은 2-thiouridine이라는 물질로 RNA와 DNA가 동시에 생명의 기원이었다는 것을 증명했습니다. 연구에 따르면 2-thiouridine은 원시 생합성의 산물이며 DNA와 RNA의 기반이 되는 다양한 물질로 변할 수 있었다고 합니다.

 

연구진은 2-thiouridine가 인산화를 거쳐 2,2′-anhydro-2-thiouridine이 된다고 합니다. 연구진은 2,2′-anhydro-2-thiouridine가 광환원 현상으로 인해 2′-Deoxy-2-thiouridine이 형성되는 것을 관찰했습니다. 광환원이란 빛의 흡수 때문에 일어나는 환원 반응을 말하죠.

 

2′-Deoxy-2-thiouridine은 아데닌과 반응하여 2′-deoxyadenosine으로 변할 수 있다고 합니다. Deoxyadenosine은 데옥시리보오스와 아데닌을 합친 물질인데요. DNA와 RNA의 주요 성분 중 하나입니다. 연구진은 2-thiouridine이 초기 RNA와 DNA의 초석이 되었으며 진화를 하면서 RNA와 DNA로 나누어졌을 것이라는 결론을 내렸습니다. 

 

Krishnamurthy는 "이 새로운 연구 결과는 화학자들이 지구상의 생명의 기원을 연구할 때 RNA 세계 이론에 크게 영향을 받는 것이 합리적이지 않을 수 있음을 시사한다"고 말했습니다. 

 

##참고자료##

 


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