생명과학 고3 유전자와 유전 물질 심화

점 돌연변이

단일 염기 치환(전이·전환)으로 아미노산이 바뀌거나 종결 코돈이 생성되는 유전자 수준 돌연변이이다.

DNA에서 염기 하나가 다른 염기로 바뀌는(치환되는) 돌연변이로, 결과에 따라 아미노산이 그대로일 수도, 바뀔 수도, 종결 코돈이 생겨 단백질이 잘릴 수도 있습니다.

문장에서 글자 하나만 바꾸는 것과 같습니다. '나는 밥을 먹었다'가 '나는 밤을 먹었다'가 되기도 하고, 어떤 글자는 바꿔도 뜻이 그대로이며, 하필 마침표가 찍혀 문장이 거기서 끊기기도 합니다.

쉽게 말하면

돌연변이 중에서 가장 작은 규모가 염기 하나의 치환입니다. 치환은 바뀌는 염기의 종류에 따라 두 가지로 나눕니다. 퓨린이 퓨린으로(A↔G), 피리미딘이 피리미딘으로(C↔T) 바뀌면 전이, 퓨린과 피리미딘 사이에서 바뀌면(예: A↔C) 전환입니다.

중요한 것은 이 작은 변화가 단백질에 어떻게 전달되는가입니다. 유전 암호는 염기 3개(코돈)가 아미노산 하나를 지정하는데, 코돈은 64개인 반면 아미노산은 20종뿐입니다. 그래서 여러 코돈이 같은 아미노산을 지정하고, 특히 코돈의 세 번째 염기는 바뀌어도 같은 아미노산인 경우가 많습니다. 여기서 세 가지 결과가 갈립니다.

첫째, 아미노산이 그대로여서 단백질에 아무 변화가 없는 침묵 돌연변이. 둘째, 아미노산 하나가 다른 아미노산으로 바뀌는 미스센스(과오) 돌연변이. 셋째, 아미노산을 지정하던 코돈이 종결 코돈으로 바뀌어 번역이 그 자리에서 멈추는 넌센스(무의미) 돌연변이입니다.

같은 '염기 하나 치환'이라도 어느 코돈의 몇 번째 염기가 어디에서 바뀌었느냐에 따라 결과가 이렇게 완전히 달라집니다. 그래서 점 돌연변이를 볼 때는 '몇 개가 바뀌었나'가 아니라 '무엇이 어디에서 바뀌었나'를 봐야 합니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

세 번째 염기가 바뀐 경우

코돈의 세 번째 자리는 바뀌어도 같은 아미노산을 지정하는 경우가 많습니다. 이 자리에서 치환이 일어나면 단백질의 아미노산 서열이 전혀 달라지지 않아 겉으로는 아무 일도 일어나지 않은 것처럼 보입니다. 침묵 돌연변이가 흔한 이유입니다.
예시 2

겸형 적혈구 빈혈증

헤모글로빈을 만드는 유전자에서 염기 하나가 바뀌어 글루탐산이 발린으로 대체되면, 헤모글로빈끼리 서로 달라붙어 적혈구가 낫 모양으로 변형됩니다. 아미노산 단 하나가 바뀐 결과로 산소 운반 능력이 떨어지는 것으로, 미스센스 돌연변이의 대표적인 예입니다.
예시 3

중간에 종결 코돈이 생긴 경우

단백질 중간을 지정하던 코돈이 종결 코돈으로 바뀌면, 리보솜은 그 지점에서 번역을 멈춥니다. 남은 부분이 통째로 만들어지지 않으므로 짧고 불완전한 단백질이 나오고, 대개 기능을 잃습니다. 치환은 딱 하나였지만 결과는 유전자 전체를 잃은 것에 가깝습니다.

치환 하나가 만드는 세 가지 결과

구분	코돈에 생긴 일	단백질에 미치는 영향
침묵 돌연변이	코돈은 바뀌었지만 같은 아미노산을 지정	변화 없음
미스센스(과오)	다른 아미노산을 지정하는 코돈으로 바뀜	아미노산 하나가 교체됨 — 자리에 따라 영향이 다름
넌센스(무의미)	종결 코돈으로 바뀜	단백질이 중간에서 잘려 대개 기능을 잃음

자주 하는 오해

염기가 바뀌면 아미노산도 반드시 바뀐다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움DNA 서열이 달라졌으니 단백질도 반드시 달라진다

실제로는코돈이 바뀌어도 같은 아미노산을 지정하면 단백질은 그대로입니다(침묵 돌연변이).

코돈은 64가지인데 아미노산은 20종이라, 여러 코돈이 같은 아미노산을 맡고 있습니다. 특히 코돈의 세 번째 염기는 바뀌어도 아미노산이 유지되는 경우가 많습니다. '유전 암호가 중복되어 있다'는 성질이 점 돌연변이의 충격을 상당 부분 흡수해 주는 셈입니다.

점 돌연변이는 하나만 바뀌니 영향이 작다고 일반화하기

이렇게 생각하기 쉬움염기 하나짜리 변화니까 틀이동 돌연변이보다 항상 덜 심각하다

실제로는넌센스 돌연변이라면 단백질 대부분이 만들어지지 않아 틀이동만큼, 혹은 그 이상으로 치명적일 수 있습니다.

심각성을 정하는 것은 '바뀐 염기의 개수'가 아니라 '그 변화가 단백질에 어떻게 번역되는가'입니다. 아미노산 하나가 바뀌었더라도 그 자리가 효소의 활성 부위처럼 결정적인 곳이면 기능이 완전히 사라집니다. 반대로 중요하지 않은 자리라면 아미노산이 바뀌어도 단백질은 잘 작동합니다.