센터랄 도그마

 

 

센터랄 도그마

 

1.DNA의 구조

 염기와 염기는 데옥시리보오스라는 당과 인산에 의해 연속적으로 연결되어 전체적으로 사다리와 같은 형태를 취하고 있다.이 사다리가 일정하게 꼬여서 왓슨과 크릭이 발견한 유명한 이중나선구조를 이루고 있다.여기에 생명에 필요한 정보가 저장되어 있다.

 

 DNA(그리고 RNA)의 기본단위는 염기,당,인산의 결합체인 뉴클레오티드이다.그것의 성분은 아래와 같다.

 

성분	DNA	RNA
인산	인산	인산
당	데옥시리보오스	리보오스
염기	아데닌(A)	아데닌(A)
	티민  (T)	우라실(U)
	구아닌(G)	구아닌(G)
	시토신(C)	시토신(C)

염기간의 짝짓기에는 일정한 규칙이 있는데 A는 T(RNA의 경우는 U)와만 결합하고 G는 C 와만 결합한다.

2.DNA의 복제(replication)

3.RNA의 전사(transcription)와 번역(translation)

단백질을 합성하기 위해서 특정 단백질에 대한 정보가 담긴 DNA의 어떤 부위를 복사해서 부본을 만드는데 이것이 전사이다.이 새로이 합성된 부본이 RNA인데 이것은 통상  메신저  RNA라고 불린다. 저장된 유전 정보를 단백질 합성기구에 전달하는 매개체로서의 역할을 하기 때문이다.

 RNA폴리머라제라는 효소가 필요한 부위의 DNA사슬을 열고 그것의 네가티브사슬을 주형으로 해서 포지티브사슬을 복사한다.그러므로 RNA는 DNA와는 달리 두가닥이 아니고 한가닥이다.아래 좌측 그림은 DNA의 어떤 부위를 복사한 RNA를 보여 주고 있다.

이 정보를 단백질 합성기구인 리보솜으로 가져가면 번역이 시작된다.RNA의 A,U,G,C의 4자의 알파벳으로 된 암호를 단백질 번역에서 나타나는 20자의 알파벳으로 번역해야 하므로 그 번역이 매우 복잡할 것으로 보인다.

놀랍게도 번역의 기본원리는 매우 간단한 것이다.글자들은 고정된 출발점으로부터 한번에 3자씩 읽힌다.왼쪽의 그림을 보면 GCU,ACG,..이렇게 3자씩 읽힌다.이것은 각 알라닌,트레오닌,글루탐산,..이라는 아미노산에 대응한다.이 아미노산들을 순서에 따라 묶음으로써 단백질이 합성된다.

아래  도표는 염기에 의해서 표현되는 아미노산들을 보여주고 있다.

여기서 AUG는 개시신호이고 UAA,UAG,UGA는 종지신호이다.개시신호는 문장이 어디서 시작하는가를 나타내는 것이고 종지신호는 문장이 어디서 끝나는가를 나타내는 것이다.

셋 염기가 한짝이 되어 특정 아미노산을 지정한다.그런데 염기는 4종이 있으므로 이 넷 알파벳을 사용해서 만들어낼 수 있는 기호의 수는 4×4×4=64개가 된다.(이것은 주역의 64괘와 연관해서 흥미있는 논의거리를 제공하고 있다. "64괘와 DNA"참조) 그런데 생체속에 존재하는 아미노산들의 수는 20종이다.그러므로 그 일부는 시작이나 종지점을 나타내기 위해 할당한다더라도 상당히 여유가 있다.그래서 위 도표를 보면 상당히 많은 동의어들을 발견할 수 있을 것이다.예컨대 GUU,GUC,GUA,GUG는 각기 다른 기호이지만 가리키는 대상은 발린이다.이것은 꼭 낭비적인 것이라고 볼 수 없다.중요한 아미노산의 경우 많은 기호를 중복시킴으로써 전사과정에서 오류가 생기더라도 동일한 아미노산을 발현시키도록 한 것이다.이것은 정보학에서 리던던시(redundancy)라고 하는 것으로서 예컨대 우리가 계좌번호와 같은 것을 불러줄 때 1234..이렇게 한 다음 다시 하나,둘,셋,그리고 넷 이런 식으로 한번더 반복한다.비록 요금과 노력이 더 들더라도 부정확성을 막기 위한 것이다.우리는 이런 것을 자연계에서 많이 찾아볼 수 있다.

이렇게해서 전사된 RNA는 리보솜에 가서 아미노산의 언어로 번역되고 이 결과 아미노산의 중합체인 단백질이 만들어진다.번역과정은 복잡하지만 그 논리는 간단하다.단백질을 합성하는 리보솜내에는 RNA의 코돈(셋 염기쌍)의 네가티브판을 가진 tRNA(transRNA)가 준비되어 있다.그리고 이 tRNA의 다른 끝에는 그 코돈에 대응하는 아미노산이 부착되어 있다.mRNA의 양판과 tRNA의 음판(anticodon)이 맞으면 그 아미노산이 선택된다.셋 염기로 된 코돈이 어떤 아미노산으로 번역된 것이다.

아미노산들이 3차원 형태로 뭉치면서 독특한 형태를 가진 단백질이 만들어진다.그래서 간단히 생각하면 염기서열을 알면 아미노산이 결정되므로 그 아미노산으로 된 단백질의 형태를 예측할 수 있을 것으로 보인다.그러나 그것이 입체상을 형성하는 경우의 수는 엄청나게 다양하므로 아직 우리는 그것을 모르고 있다.

         

 

 

4.센트랄 도그마

DNA에서 RNA로 그리고 단백질에로의 일방적인 정보의 흐름이 일어나고 있다.이 과정을 통해서 단백질이 합성되는 과정을 센트랄도그마라고 한다.

이 센터럴 도그마는 생명의 기원의 문제와 관련하여 어려운 문제를 던져 주고 있다.DNA가 단백질과 같은 효소에 대한 정보를 담고 있지만 이 DNA는 효소단백질의 도움을 받지 않고는 만들어질 수 없다.

이것은 닭과 달걀의 문제로 DNA가 먼저 생기고 그 다음 그것이 단백질을 생성했는지 아니면 단백질이 먼저 생기고 그것이 DNA를 생성했는지를 미궁에 빠뜨리고 있다.

한편 레트로바이러스는 역전사효소를 이용하여 RNA에서 DNA를 합성한다.그러면서 이것은 동시에 DNA에서 볼 수 없는 단백질 효소로서의 작용적 기능도 갖고 있다.그러면 RNA가 생명의 최초의 출발점인가?

그 어느것도 아닐지 모른다.이 셋은 생명의 기본형태가 완성된 다음에 출현한 것이며 그 이전에 그 어느것에도 속하지 않는 원형이 있었을지 모른다.케언스-스미스는 그 후보자로 점토를 가져오는데 그 증거에 관계없이 논리적으로 상당한 설득력을 갖고 있다.위의 여러 난점들을 무난히 피할 수 있기 때문이다.