분자생물학의 중심원리
원리
분자생물학의 중심원리 혹은 센트럴 도그마central dogma란 유전 정보는 DNA에서 RNA로, RNA에서 단백질로 전달된다는 가설로써 다음과 같은 세 가지 현상으로 이루어져있다.
- 복제: DNA는 스스로 복제된다.
- 전사: DNA와 같은 정보를 담은 RNA가 만들어진다.
- 번역: RNA의 정보에 따라 단백질이 합성된다.
설명
센트럴 도그마는 DNA의 이중나선 구조를 밝혀낸 것으로도 유명한 프랜시스 크릭이 1958년 발표한 이론으로써, 중심원리라는 이름이 붙은만큼 분자생물학에서는 무척이나 중요하다. 유전자가 발현되어 단백질을 만드는 과정을 아주 간결하면서도 정확하게 설명하고 있다. 당초에는 복제→전사→번역의 순으로만 이루어지고 그 반대의 과정은 없었다고도 주장했다.
복제(Replication)
복제는 말 그대로 DNA가 스스로와 같은 사본을 만드는 현상이다. 이중나선 구조로 되어 있는 DNA가 두가닥으로 나뉘면 DNA 중합효소(DNA polymerase)가 각 가닥을 물고 지나가며 반대쪽 가닥을 만들어낸다. 염기쌍은 $A-T$, $G-C$ 와 같이 상보적으로 짝지어지기 때문에 한쪽 가닥에서 정확하게 반대쪽의 염기 서열을 재현할 수 있다.
전사(Transcription)
전사라는 단어는 일상적으로는 잘 쓰이지 않는데, 베껴쓰기 정도로 순화할 수 있다. RNA는 DNA의 복사본으로써 정확히 같지는 않지만 유전 정보를 읽어들이기 위해서는 충분하다. RNA 중합효소는 DNA의 가닥 사이를 비집고 상보적인 염기쌍이 되게끔 RNA를 만든다.
번역(Translation)
RNA은 핵 밖으로 빠져나오고, 리보솜에서 아미노산들이 결합되어 단백질이 된다.
컴퓨터 공학으로 비유하자면 객체지향 프로그래밍에서 DNA는 오브젝트(Object), mRNA는 인스턴스(Instance)에 해당한다. 그냥 DNA에서 바로 단백질로 넘어가지 않고 굳이 복잡하게 하는 이유 역시 DNA를 읽기 전용으로 두고 그 사본인 mRNA로 일을 하는 게 유전 데이터의 관리 측면에서 안정적이라고 설명할 수 있겠다.
왜 mRNA인가?
한편 굳이 RNA라는 단어을 두고 mRNAmessenger RNA라고 하는 이유는 진핵 생물의 세포핵에서 전사된 mRNA가 유전정보를 핵막 밖으로 ‘전달’하며, RNA라는 말 자체가 꼭 센트럴 도그마에서 말하고 싶은 RNA만을 지칭하는 표현이 아니기 때문이다. 본래 RNA의 정의에 따르면 사슬의 형태를 띈 뉴클레오타이드의 중합체면 충분하며, 일부 세균 중에는 RNA만으로 유전 정보를 보관하는 경우도 있다. 요약하면 모든 RNA가 DNA에서 전사된 것이 아니기 때문이다.