염기

정의와 개념

생명체의 유전 정보는 DNA와 RNA라는 거대 분자에 저장되어 있습니다. 이 두 분자는 모두 뉴클레오타이드라는 기본 단위들이 사슬처럼 연결된 구조입니다. 뉴클레오타이드는 하나의 오탄당, 하나의 인산 그리고 하나의 질소 염기(nitrogenous base)로 구성됩니다. DNA에서는 염기가 네 가지(아데닌, 구아닌, 시토신, 티민)이며, RNA에서는 티민 대신 우라실을 사용합니다. 염기는 뉴클레오타이드의 이름을 결정하는 요소이며, 두 염기가 서로 마주보며 결합하여 DNA 이중나선의 ‘사다리’ 모양을 형성합니다.

퓨린과 피리미딘: 두 종류의 염기

염기는 분자 구조에 따라 퓨린(purine)과 피리미딘(pyrimidine)이라는 두 그룹으로 나뉩니다. 퓨린 염기인 아데닌(A)과 구아닌(G)은 두 개의 고리(6각 고리와 5각 고리)를 가진 이중 고리 구조이며, 피리미딘 염기인 시토신(C)과 티민(T)은 하나의 6각 고리만 가지고 있는 단일 고리 구조입니다. 이러한 고리 구조의 차이는 염기의 크기와 화학적 특성을 결정합니다.

염기쌍과 상보성

DNA 이중나선에서 두 가닥은 염기끼리 수소 결합을 통해 서로 결합합니다. 퓨린과 피리미딘이 짝을 이루는 이유는 이중나선의 너비를 균일하게 유지하기 위함입니다. 아데닌은 항상 티민과, 구아닌은 항상 시토신과 짝을 이룹니다. 이러한 결합을 염기쌍(base pair)이라고 합니다. 염기쌍 형성은 DNA의 안정성과 정확성을 보장하는 핵심 메커니즘이며, 염기 한 쪽의 배열이 다른 쪽의 배열을 완전히 결정하기 때문에 DNA 복제와 전사가 가능해집니다. 염기쌍은 수소결합의 수에서도 차이를 보입니다. 아데닌–티민 쌍은 두 개의 수소 결합을, 구아닌–시토신 쌍은 세 개의 수소 결합을 형성하여 시토신–구아닌 쌍이 조금 더 강한 결합을 가집니다.

DNA와 RNA의 염기 차이

DNA와 RNA 모두 염기를 포함하지만 두 분자 사이에는 중요한 차이가 있습니다. DNA에서 티민(T)을 사용하는 자리에는 RNA에서 우라실(U)이 자리합니다. 또한 DNA는 두 가닥이 반대 방향(5′→3′와 3′→5′)으로 나란히 달리는 이중나선 구조인데 반해, RNA는 대부분 단일 가닥 형태로 존재합니다. RNA의 당 역시 리보오스(ribose)로, DNA의 디옥시리보오스(deoxyribose)와 달리 2′ 탄소에 하이드록실기가 있어 분자의 화학적 안정성과 기능에 차이를 줍니다.

염기의 역할과 중요성

각 염기에는 특정한 염기서열이 있으며, 이것이 바로 생명체의 정보를 담는 코드입니다. A, T, G, C(U)의 순서가 유전자의 내용을 결정하고, 이 염기서열은 전사 과정을 통해 RNA로 옮겨진 뒤 번역 과정을 거쳐 단백질을 만들어 냅니다. 염기의 상보적 결합 규칙(A–T/U, G–C)은 DNA가 복제될 때 두 가닥이 분리되어 각각 자신의 상보적 가닥을 합성하는 원리의 기반입니다. 이처럼 염기는 단순한 화학적 구조를 넘어 생명의 설계도를 구성하는 핵심 요소입니다.