핵산(nucleic acid)

핵산은 스위스의 생물학자인 미셔에 의하여 1869년에 처음으로 발견되었다. 미셔는 그의 실험에서 핵 속에 존재하고 산성을 나타내며 질소와 인을 함유하는 유기 화합물이 들어 있음을 알고, 이 물질을 핵 속에 들어 있는 산성 물질이라는 뜻에서 핵산이라고 명명하였다. 핵산은 DNA와 RNA 두 종류가 있는데, DNA는 주로 세포의 핵에 존재하며 생명체의 유전 정보를 저장하고, RNA는 세포의 내부 전체에 존재하며 DNA로부터 정보를 전달받아 단백질을 합성한다.

뉴클레오타이드 | 핵산을 이루고 있는 기본 단위는 뉴클레오타이드로서, 인산, 당, 염기가 1:1:1의 비율로 결합하여 이루어진 화합물이다. 즉 DNA는 뉴클레오타이드라는 단위체가 수천만 개 연결된 중합체로, 사람 세포 한 개에 들어 있는 DNA를 전부 이으면 1.8m가 될 정도로 길다.

인산 | 인산의 루이스 구조식은 2가지 구조가 가능하다. 인은 3주기 원소이므로 확장된 옥텟 규칙에 의해 3d 오비탈에 전자가 채워질 수 있으므로 인과 산소 사이에 이중 결합을 도입하여 루이스 구조를 그릴 수 있다.

핵산이 생명 현상을 담당하고 있는 것은 인산이 3개의 -OH를 가지고 있기 때문이다. 2개의 -OH는 위아래로 당과 결합하여 당-인산 골격을 형성하고, 1개의 -OH는 수소가 이온화하여 핵산 표면이 (-) 전하를 띠게 되므로, 핵산과 같은 고분자가 극성 용매인 물에 녹아 세포 내에서의 기능을 수행할 수 있다.

핵산의 구조 | 뉴클레오타이드가 결합하여 핵산 사슬을 형성할 때에는 인산을 매개로 한다. 인산에서 인 원자를 중심으로 양쪽으로 배열된 2개의 -OH가 당과 결합하면, 당과 인산이 교대로 결합된 당-인산 골격의 핵산의 뼈대가 형성된다. 그리고 이 뼈대의 가지에 염기가 붙으면 핵산의 형태가 완성된다.

DNA를 구성하고 있는 염기 | DNA를 구성하고 있는 염기는 탄소, 수소, 산소, 질소로 이루어진 고리 모양 화합물로, 다음과 같이 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민의 4종류가 있다.
4개의 염기 중 고리를 2개 가지고 있어 크기가 큰 것을 퓨린계 염기라 하고 고리를 1개 가지고 있어 크기가 작은 것을 피리미딘계 염기라고 하는데, 퓨린계 염기라 하고 고리를 1개 가지고 있어 크기가 작은 것을 피리미딘계 염기라고 하는데, 퓨린계 염기에는 아데닌과 구아닌이 있고 피리미딘계 염기에는 사이토신과 티민이 있다.

DNA를 구성하고 있는 뉴클레오타이드는 5탄당이 디옥시리보오스이고 RNA를 구성하고 있는 뉴클레오타이드는 5탄당이 리보스이다.

디옥시리보오스와 리보스의 구조는 동일하지만 디옥시리보오스는 2번 탄소에 수소가 붙어 있고 리보스는 2번 탄소에 하이드록시기가 붙어 있다.
그리고 RNA의 경우는 티민 염기 대신 유라실 염기가 결합되어 있다.

DNA가 이중 나선 구조를 이룰 때 인산의 결합뿐만 아니라 염기 사이의 수소 결합도 매우 중요한데, 아데닌은 티민과 2개의 수소 결합을 형성하고 구아닌은 사이토신과 3개의 수소 결합을 형성하게 된다.

또한 아데닌-티민 염기쌍과 구아닌-사이토신 염기쌍이 형성되면 전체적인 결합 길이가 동일하기 때문에 이중 나선이 일정한 간격을 유지하면서 뒤틀리지 않는 구조를 유지할 수 있다. 생명체의 모든 유전 정보는 DNA에 들어 있는 4종류의 염기 배열 순서에 저장되어 있으며, 종에 따라 염기의 배열 순서가 다르다.