DNA 복구 시스템 : 생명을 유지하는 내장된 도구 상자
(DNA Repair : The Built-in Toolbox That Sustains Life)
by Brian Thomas, PH.D.
DNA에는 하나의 수정란 세포에서 온전한 몸체를 만드는 데 필요한 모든 지침이 담겨 있다. 염색체는 이 정보를 암호화하기 위해서, 정확한 염기서열로 특별히 짝을 이룬 뉴클레오티드(nucleotides)를 사용하는 이중 가닥의 DNA로 구성된다. 창조주는 이를 위해 4개의 뉴클레오티드를 선택했으며, 각 쌍은 긴 사다리 모양의 생체 분자들의 "가로대"로 구성된다.
오늘날 죄악으로 얼룩진 세상에서는 유해 화학물질, 불량 전자, 방사선, 드물게 일어나는 복제 오류와 같은 요인들이 끊임없이 DNA를 공격한다.[1] 각 세포의 DNA는 매일 수만 건의 손상을 입는다.[2] 이것을 처리하지 않는다면, 치명적인 오류가 누적되는 데 오래 걸리지 않을 것이다. 우리의 DNA는 어떻게 이렇게 압도적인 손상으로부터 살아남을 수 있을까?
하나님은 태초에 모든 살아있는 세포에 DNA의 암호화된 유전정보를 깨끗하게 유지하는 데 필요한 도구들을 장착시켜 놓으셨다. 생명체의 생명 유지는 DNA 복구 경로(DNA repair pathways)에 달려 있다. 세균부터 코끼리에 이르기까지 생물의 모든 세포들은 이 회로를 끊임없이 사용한다. 분자 및 세포 생물학자들은 최첨단 기술을 사용하여 세포의 내부를 들여다보고, DNA를 복구하는 여러 가지 기발한 전술들을 밝혀냈다.
DNA 복구 경로에는 수십 개의 효소(enzymes)들이 사용된다. 각 효소는 분자 로봇처럼 특정 생화학 반응을 반복해서 수행한다. 아래에 표시된 우라실-DNA 글리코실라제(Uracil-DNA glycosylase)는 이러한 효소 중 하나이다. 이 효소는 RNA에 속하는 우라실이, 실수로 DNA에 들어갈 때, 우라실을 제거하고 대체하는 데 도움을 준다.[3]
.DNA의 짧은 부분에 결합된 우라실-DNA 글리코실라아제의 결정 구조. 각 구체는 아미노산들에 있는 원자의 위치를 나타낸다. <Image credit: Rendered from PDB ID: 6AJO, CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication>
또 다른 DNA 복구 전략은 헬리카제(helicases)라는 효소를 사용하여, DNA를 풀어내어 더 많은 효소들이 문제 영역에 접근할 수 있도록 한다. 또 다른 효소는 하나의 뉴클레오티드뿐만 아니라, 문제가 있는 부분 전체를 잘라낸다. 그런 다음 단백질에 신호를 보내, 정확하게 일치하는 DNA 염기가 제자리에 오도록 한다. 정밀한 로봇 용접기처럼, 이 효소들은 새로 배치된 뉴클레오티드가 정확한 원자 위치에 결합하도록 도와준다.
DNA 복구 시스템에는 염색체의 완전성을 감시하는 탐지기(detectors)도 필요하다. 어떤 탐지기 단백질은 DNA의 이중 나선에 고정되어있다. 이 단백질은 자전거 타이어 안쪽을 손으로 만져 가시가 있는지 확인하는 것처럼, DNA의 길이를 따라 미끄러지면서, 모든 뉴클레오티드들이 제대로 들어맞았는지 확인한다. 뉴클레오티드의 불일치(mismatch)는 돌출부를 형성하는 DNA 손상의 한 유형이다. 감지기가 이를 발견하면, 작동을 멈추고, 신호를 보내, 해당 부분을 복구할 수 있는 적절한 도구를 불러온다.
다른 센서는 전하 수송(charge transport, CT)이라는 프로세스를 통해, DNA 고리 주위로 전자를 보내 염기쌍 불일치 또는 기타 이상을 감지한다.[4] CT는 다양한 단백질들을 사용하여 "서로 협력하여 유전체의 손상을 검색하도록 신호를 보낸다."[5] 이 연결 효소는 한 전자를 내보내고 그것의 되돌아옴을 테스트하여, 전자가 되돌아오지 않을 때, 각 DNA 구획 내의 DNA 손상으로 해석하도록 사전 프로그래밍되어 있다. DNA를 따라 전자가 이동하는 속도 덕분에, 그것은 손상이나 유해한 구조적 변화를 감지하는 데 매우 효율적인 방법이다.
전자(electrons)를 다루는, 완전히 다른 한 복구 전략은 창조주의 지혜를 더 많이 나타낸다. 자유 라디칼(free radicals)이라고 불리는 화학물질들이 DNA의 한 부분에서 전자를 빼앗으면, 다른 전자가 빈 자리로 미끄러져 들어간다. 빈 공간을 채우기 위해 DNA 가닥을 따라 계속 미끄러지는 전자라는 독창적인 해결책이 없었다면, 곧 원치 않는 화학 반응을 일으켰을 것이다. 창조주는 구아닌-시토신(guanine-cytosine) 쌍의 염기서열을 중요한 단백질 코딩 영역 바로 바깥쪽에 배치하셨다. 이러한 바깥쪽 구아닌은 화학적 상해를 흡수하는 반면, 코딩 영역은 조금도 손상되지 않는다.[6] 이러한 구아닌은 주변 뉴클레오티드로부터 전자가 소실되는 것을 흡수하기에 적절한 위치에 있다.
최근 연구들을 통해 특정 DNA 문제에 대한 훨씬 더 영리한 해결책이 밝혀졌다. 뉴클레오티드 절단 복구(nucleotide excision repair, NER) 경로는 지금까지 연구된 12가지 DNA 복구 경로들 중 가장 간단한 경로이다. NER은 5개의 효소들을 포함한 30개의 단백질들을 사용하여, 티민 이량체(thymine-thymine dimers, 티민 이합체)라 불리는 티민 염기가 서로 비정상적으로 결합된 부분을 잘라내고 대체한다.[7] 자외선은 인접한 티민 뉴클레오타이드가 서로 직접 결합하도록 만든다. 이량체는 DNA 복제(세포 분열 시)와 DNA 전사(DNA 주형에서 메신저 RNA의 복사)를 방해한다. NER 경로가 없다면, 세포는 기능을 멈출 것이다.
또한 광분해효소(photolyase)라는 독특한 효소도 티민-티민 이량체를 복구할 수 있다. 이 효소는 이량체에 달라붙어 청색광의 광자(photon)를 수집한다. 그런 다음 그 빛에너지를 공격적인 이량체로 전달하여, 다시 두 개의 티민으로 분해한다.[8] 분명히 주 예수님은 태초부터 모든 생명체의 세부적 사항들도 고려하고 돌보셨다.
신다윈주의(Neo-Darwinism)는 돌연변이가 진화를 촉진한다고 주장하지만, 1,000명이 넘는 연구자들이 "다윈주의에 대한 과학적 반대(A Scientific Dissent from Darwinism)"에 서명하면서, 공개적으로 이 이론에 동의하지 않았다.[9] 전문가들이 신다윈주의에 설득되지 않는 이유 중 하나는, DNA 복구 시스템이 진화 모델이 요구하는 바로 그 돌연변이를 방지하기 때문이다. 일부에서는 이를 ‘돌연변이 보호 역설(mutation protection paradox)’이라고 부르기도 한다.[10]
.DNA 자체와 DNA 복구 경로는 ‘전부 아니면 무(all-or-nothing)’ 시스템으로 구성되어 있다.
또한 DNA 복구 시스템에는 ‘닭과 달걀의 문제’도 있다. 수십 개의 필수 DNA 복구 단백질들에 대한 유전정보들은 DNA에 저장되어 있다. 그렇다면 DNA와 DNA를 유지하는 데 필요한 DNA 복구 단백질들 중 어느 것이 먼저 생겨났는가? 분명히 이 둘은 동시에 만들어졌어야 한다. "그가 말씀하시매 이루어졌으며 명령하시매 견고히 섰도다"(시편 33:9)라고 말씀하셨을 때, 그것들은 생겨났다.
실제로 주님께서 “하늘과 땅과 바다와 그 가운데 모든 것을 만들고...”라면(출 20:11), 이러한 진화론자들이 갖고 있는 딜레마는 사라진다. 무작위적인 자연적 과정으로 ‘돌연변이 보호 역설’, ‘DNA와 DNA 복구 시스템의 닭과 달걀 문제’, 그리고 DNA 복구 효소들에서 볼 수 있는 경이로운 복잡성의 분자들과 선견지명을 극복할 수 없다. 따라서 우리는 초자연적인 원인을 찾아야만 한다. "만물이 그로 말미암아 지은 바 되었으니"(요 1:3). 그분은 피조물과 별도로 존재하시는 분이시다. DNA 복구 시스템은 초월적 지혜와 사랑의 마음을 가지신 창조주를 가리킨다.
References
1. DNA replication machinery is so effective and precise that it leaves behind only one error in about one billion nucleotides.
2. Researchers estimate that a typical human cell manages 2,000–10,000 depurinations, 600 depyrimidinations, 10,000 oxidations, 55,000 single-strand breaks, and 10 double-strand breaks each day. Tan, C. L. and R. Stadler. 2020. The Stairway to Life: An Origin-of-Life Reality Check. Evorevo Books, 136.
3. Slupphaug, G. et al. 1996. A nucleotide-flipping mechanism from the structure of human uracil– DNA glycosylase bound to DNA. Nature. 384 (6604): 87–92.
4. Boal, A. K. and J. K. Barton. 2005. Electrochemical Detection of Lesions in DNA. Bioconjugate Chemistry. 16 (2): 312–321.
5. Boal, A. K. et al. 2009. Redox signaling between DNA repair proteins for efficient lesion detection. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (36): 15237–15242.
6. Dohno, C., E. D. A. Stemp, and J. K. Barton. 2003. Fast Back Electron Transfer Prevents Guanine Damage by Photoexcited Thionine Bound to DNA. Journal of the American Chemical Society. 125 (32): 9586–9587.
7. Spivak, G. 2015. Nucleotide excision repair in humans. DNA Repair. 36: 13–18.
8. Zhang, M., L. Wang, and D. Zhang. 2017. Photolyase: Dynamics and electron-transfer mechanisms of DNA repair. Archives of Biochemistry and Biophysics. 632: 158–174.
9. A Scientific Dissent from Darwinism. Posted on dissentfromdarwin.org.
10. DeJong, W. and H. Degens. 2011. The Evolutionary Dynamics of Digital and Nucleotide Codes: A Mutation Protection Perspective. The Open Evolution Journal. 5: 1–4.
* Dr. Thomas is Research Scientist at the Institute for Creation Research and earned his Ph.D. in paleobiochemistry from the University of Liverpool.
Cite this article: Brian Thomas, Ph.D. 2024. DNA Repair: The Built-in Toolbox That Sustains Life. Acts & Facts. 53 (1).
*참조 : ▶ DNA의 초고도 복잡성
https://creation.kr/Topic101/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6405637&t=board
▶ 생명체의 초고도 복잡성
https://creation.kr/Topic101/?idx=6405658&bmode=view
▶ 단백질과 효소들이 모두 우연히?
https://creation.kr/Topic101/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6405405&t=board
출처 : ICR, 2023. 12. 29.
주소 : https://www.icr.org/article/dna-repair-built-toolbox-that-sustains/
번역 : 미디어위원회
DNA 복구 시스템 : 생명을 유지하는 내장된 도구 상자
(DNA Repair : The Built-in Toolbox That Sustains Life)
by Brian Thomas, PH.D.
DNA에는 하나의 수정란 세포에서 온전한 몸체를 만드는 데 필요한 모든 지침이 담겨 있다. 염색체는 이 정보를 암호화하기 위해서, 정확한 염기서열로 특별히 짝을 이룬 뉴클레오티드(nucleotides)를 사용하는 이중 가닥의 DNA로 구성된다. 창조주는 이를 위해 4개의 뉴클레오티드를 선택했으며, 각 쌍은 긴 사다리 모양의 생체 분자들의 "가로대"로 구성된다.
오늘날 죄악으로 얼룩진 세상에서는 유해 화학물질, 불량 전자, 방사선, 드물게 일어나는 복제 오류와 같은 요인들이 끊임없이 DNA를 공격한다.[1] 각 세포의 DNA는 매일 수만 건의 손상을 입는다.[2] 이것을 처리하지 않는다면, 치명적인 오류가 누적되는 데 오래 걸리지 않을 것이다. 우리의 DNA는 어떻게 이렇게 압도적인 손상으로부터 살아남을 수 있을까?
하나님은 태초에 모든 살아있는 세포에 DNA의 암호화된 유전정보를 깨끗하게 유지하는 데 필요한 도구들을 장착시켜 놓으셨다. 생명체의 생명 유지는 DNA 복구 경로(DNA repair pathways)에 달려 있다. 세균부터 코끼리에 이르기까지 생물의 모든 세포들은 이 회로를 끊임없이 사용한다. 분자 및 세포 생물학자들은 최첨단 기술을 사용하여 세포의 내부를 들여다보고, DNA를 복구하는 여러 가지 기발한 전술들을 밝혀냈다.
DNA 복구 경로에는 수십 개의 효소(enzymes)들이 사용된다. 각 효소는 분자 로봇처럼 특정 생화학 반응을 반복해서 수행한다. 아래에 표시된 우라실-DNA 글리코실라제(Uracil-DNA glycosylase)는 이러한 효소 중 하나이다. 이 효소는 RNA에 속하는 우라실이, 실수로 DNA에 들어갈 때, 우라실을 제거하고 대체하는 데 도움을 준다.[3]
.DNA의 짧은 부분에 결합된 우라실-DNA 글리코실라아제의 결정 구조. 각 구체는 아미노산들에 있는 원자의 위치를 나타낸다. <Image credit: Rendered from PDB ID: 6AJO, CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication>
또 다른 DNA 복구 전략은 헬리카제(helicases)라는 효소를 사용하여, DNA를 풀어내어 더 많은 효소들이 문제 영역에 접근할 수 있도록 한다. 또 다른 효소는 하나의 뉴클레오티드뿐만 아니라, 문제가 있는 부분 전체를 잘라낸다. 그런 다음 단백질에 신호를 보내, 정확하게 일치하는 DNA 염기가 제자리에 오도록 한다. 정밀한 로봇 용접기처럼, 이 효소들은 새로 배치된 뉴클레오티드가 정확한 원자 위치에 결합하도록 도와준다.
DNA 복구 시스템에는 염색체의 완전성을 감시하는 탐지기(detectors)도 필요하다. 어떤 탐지기 단백질은 DNA의 이중 나선에 고정되어있다. 이 단백질은 자전거 타이어 안쪽을 손으로 만져 가시가 있는지 확인하는 것처럼, DNA의 길이를 따라 미끄러지면서, 모든 뉴클레오티드들이 제대로 들어맞았는지 확인한다. 뉴클레오티드의 불일치(mismatch)는 돌출부를 형성하는 DNA 손상의 한 유형이다. 감지기가 이를 발견하면, 작동을 멈추고, 신호를 보내, 해당 부분을 복구할 수 있는 적절한 도구를 불러온다.
다른 센서는 전하 수송(charge transport, CT)이라는 프로세스를 통해, DNA 고리 주위로 전자를 보내 염기쌍 불일치 또는 기타 이상을 감지한다.[4] CT는 다양한 단백질들을 사용하여 "서로 협력하여 유전체의 손상을 검색하도록 신호를 보낸다."[5] 이 연결 효소는 한 전자를 내보내고 그것의 되돌아옴을 테스트하여, 전자가 되돌아오지 않을 때, 각 DNA 구획 내의 DNA 손상으로 해석하도록 사전 프로그래밍되어 있다. DNA를 따라 전자가 이동하는 속도 덕분에, 그것은 손상이나 유해한 구조적 변화를 감지하는 데 매우 효율적인 방법이다.
전자(electrons)를 다루는, 완전히 다른 한 복구 전략은 창조주의 지혜를 더 많이 나타낸다. 자유 라디칼(free radicals)이라고 불리는 화학물질들이 DNA의 한 부분에서 전자를 빼앗으면, 다른 전자가 빈 자리로 미끄러져 들어간다. 빈 공간을 채우기 위해 DNA 가닥을 따라 계속 미끄러지는 전자라는 독창적인 해결책이 없었다면, 곧 원치 않는 화학 반응을 일으켰을 것이다. 창조주는 구아닌-시토신(guanine-cytosine) 쌍의 염기서열을 중요한 단백질 코딩 영역 바로 바깥쪽에 배치하셨다. 이러한 바깥쪽 구아닌은 화학적 상해를 흡수하는 반면, 코딩 영역은 조금도 손상되지 않는다.[6] 이러한 구아닌은 주변 뉴클레오티드로부터 전자가 소실되는 것을 흡수하기에 적절한 위치에 있다.
최근 연구들을 통해 특정 DNA 문제에 대한 훨씬 더 영리한 해결책이 밝혀졌다. 뉴클레오티드 절단 복구(nucleotide excision repair, NER) 경로는 지금까지 연구된 12가지 DNA 복구 경로들 중 가장 간단한 경로이다. NER은 5개의 효소들을 포함한 30개의 단백질들을 사용하여, 티민 이량체(thymine-thymine dimers, 티민 이합체)라 불리는 티민 염기가 서로 비정상적으로 결합된 부분을 잘라내고 대체한다.[7] 자외선은 인접한 티민 뉴클레오타이드가 서로 직접 결합하도록 만든다. 이량체는 DNA 복제(세포 분열 시)와 DNA 전사(DNA 주형에서 메신저 RNA의 복사)를 방해한다. NER 경로가 없다면, 세포는 기능을 멈출 것이다.
또한 광분해효소(photolyase)라는 독특한 효소도 티민-티민 이량체를 복구할 수 있다. 이 효소는 이량체에 달라붙어 청색광의 광자(photon)를 수집한다. 그런 다음 그 빛에너지를 공격적인 이량체로 전달하여, 다시 두 개의 티민으로 분해한다.[8] 분명히 주 예수님은 태초부터 모든 생명체의 세부적 사항들도 고려하고 돌보셨다.
신다윈주의(Neo-Darwinism)는 돌연변이가 진화를 촉진한다고 주장하지만, 1,000명이 넘는 연구자들이 "다윈주의에 대한 과학적 반대(A Scientific Dissent from Darwinism)"에 서명하면서, 공개적으로 이 이론에 동의하지 않았다.[9] 전문가들이 신다윈주의에 설득되지 않는 이유 중 하나는, DNA 복구 시스템이 진화 모델이 요구하는 바로 그 돌연변이를 방지하기 때문이다. 일부에서는 이를 ‘돌연변이 보호 역설(mutation protection paradox)’이라고 부르기도 한다.[10]
.DNA 자체와 DNA 복구 경로는 ‘전부 아니면 무(all-or-nothing)’ 시스템으로 구성되어 있다.
또한 DNA 복구 시스템에는 ‘닭과 달걀의 문제’도 있다. 수십 개의 필수 DNA 복구 단백질들에 대한 유전정보들은 DNA에 저장되어 있다. 그렇다면 DNA와 DNA를 유지하는 데 필요한 DNA 복구 단백질들 중 어느 것이 먼저 생겨났는가? 분명히 이 둘은 동시에 만들어졌어야 한다. "그가 말씀하시매 이루어졌으며 명령하시매 견고히 섰도다"(시편 33:9)라고 말씀하셨을 때, 그것들은 생겨났다.
실제로 주님께서 “하늘과 땅과 바다와 그 가운데 모든 것을 만들고...”라면(출 20:11), 이러한 진화론자들이 갖고 있는 딜레마는 사라진다. 무작위적인 자연적 과정으로 ‘돌연변이 보호 역설’, ‘DNA와 DNA 복구 시스템의 닭과 달걀 문제’, 그리고 DNA 복구 효소들에서 볼 수 있는 경이로운 복잡성의 분자들과 선견지명을 극복할 수 없다. 따라서 우리는 초자연적인 원인을 찾아야만 한다. "만물이 그로 말미암아 지은 바 되었으니"(요 1:3). 그분은 피조물과 별도로 존재하시는 분이시다. DNA 복구 시스템은 초월적 지혜와 사랑의 마음을 가지신 창조주를 가리킨다.
References
1. DNA replication machinery is so effective and precise that it leaves behind only one error in about one billion nucleotides.
2. Researchers estimate that a typical human cell manages 2,000–10,000 depurinations, 600 depyrimidinations, 10,000 oxidations, 55,000 single-strand breaks, and 10 double-strand breaks each day. Tan, C. L. and R. Stadler. 2020. The Stairway to Life: An Origin-of-Life Reality Check. Evorevo Books, 136.
3. Slupphaug, G. et al. 1996. A nucleotide-flipping mechanism from the structure of human uracil– DNA glycosylase bound to DNA. Nature. 384 (6604): 87–92.
4. Boal, A. K. and J. K. Barton. 2005. Electrochemical Detection of Lesions in DNA. Bioconjugate Chemistry. 16 (2): 312–321.
5. Boal, A. K. et al. 2009. Redox signaling between DNA repair proteins for efficient lesion detection. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (36): 15237–15242.
6. Dohno, C., E. D. A. Stemp, and J. K. Barton. 2003. Fast Back Electron Transfer Prevents Guanine Damage by Photoexcited Thionine Bound to DNA. Journal of the American Chemical Society. 125 (32): 9586–9587.
7. Spivak, G. 2015. Nucleotide excision repair in humans. DNA Repair. 36: 13–18.
8. Zhang, M., L. Wang, and D. Zhang. 2017. Photolyase: Dynamics and electron-transfer mechanisms of DNA repair. Archives of Biochemistry and Biophysics. 632: 158–174.
9. A Scientific Dissent from Darwinism. Posted on dissentfromdarwin.org.
10. DeJong, W. and H. Degens. 2011. The Evolutionary Dynamics of Digital and Nucleotide Codes: A Mutation Protection Perspective. The Open Evolution Journal. 5: 1–4.
* Dr. Thomas is Research Scientist at the Institute for Creation Research and earned his Ph.D. in paleobiochemistry from the University of Liverpool.
Cite this article: Brian Thomas, Ph.D. 2024. DNA Repair: The Built-in Toolbox That Sustains Life. Acts & Facts. 53 (1).
*참조 : ▶ DNA의 초고도 복잡성
https://creation.kr/Topic101/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6405637&t=board
▶ 생명체의 초고도 복잡성
https://creation.kr/Topic101/?idx=6405658&bmode=view
▶ 단백질과 효소들이 모두 우연히?
https://creation.kr/Topic101/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6405405&t=board
출처 : ICR, 2023. 12. 29.
주소 : https://www.icr.org/article/dna-repair-built-toolbox-that-sustains/
번역 : 미디어위원회