센트럴 도그마 Central Dogma 분자생물학의 중심원리(중심설, 중심이론) 전사 번역 유전자 발현

분자생물학의 중심원리(중심설, 중심이론) Central Dogma

센트럴 도그마 유전정보의 흐름 DNA 복제 합성 전사 번역 유전자 발현 - 동물유전과개량

 

 

Central dogma에 대하여

 

생명체의 최소 기본단위는 세포이다. 세포의 핵속에는 그 개체의 유전물질을 담고 있어서 생명의 영속성과 특징을 이어주고 있다. 고등동물에서의 세포 분열은 체세포의 유사분열과 생식세포의 분열과정인 감수분열이 있으며, 각 분열단계에는 염색체 수의 분재에 따른 차이가 나타난다. 또한 유전물질의 기본 단위는 유전자이며 이것은 세포분열을 통하여 모세포에서 딸세포로 어버이에서 자손으로 전달된다. 생물의 유전정보는 유전자가 mRNA로 전사되고, mRNA가 단백질로 번역되는 과정을 통해 발현된다.

 

 

분자생물학의 중심원리(Central dogma 중심설, 중심이론)

 

생명체의 유전정보는 DNA에서 중간단계인 RNA를 거쳐 단백질로 전달되며 단백질에 저장된 유전정보는 다시 DNA로 변환되지 않는다는 생물학의 원칙.

 

유전정보(genetic information)는 DNA에 의해 암호화되어 저장되며, DNA 복제(replication)에 의해 다음 세대로 전달된다. 또한 전사(transcription)의 과정을 통해 DNA에 있던 유전정보는 RNA로 옮겨가고 다시 번역(translation)의 과정을 거치면서 만들어진 단백질(protein)에 의해 유전정보가 실체화되어 몸속에서 기능을 하게 된다. 이처럼 유전정보는 DNA에서 RNA, 단백질로 전환되면서 생명활동을 유지시키는데 필수적인 유전정보의 흐름을 형성하는데 이러한 흐름의 기본적인 원리를 분자생물학의 중심원리라고 한다.

 

중심원리의 핵심에는 이미 발현된 단백질의 유전정보가 거꾸로 DNA로 옮겨가지 않는다는 의미가 들어있다. 1953년에 염색체 DNA가 RNA 합성의 주형으로 이용되고 이 RNA가 세포질로 이동되어 단백질의 아미노산 서열을 결정짓는다는 가설이 제안되었고, 이러한 가설이 그 후 많은 연구에 의하여 점차 지지를 받게 되었는데, 그 결과 1958년에 프란시스 크릭(Francis Crick)이 이와 같은 유전정보의 흐름의 원리를 중심원리(central dogma)라고 지칭하였다. 이후 분자 생물학의 발전에 따라 생명체 내의 다양한 유전정보의 흐름들이 알려졌다.

 

 

1) 유전정보 흐름의 방향

 

유전정보를 지니는 DNA, RNA, 단백질의 세 가지 물질에 대해 (3×3=)9가지 경우의 유전정보의 흐름을 생각할 수 있다. 9가지의 경우를 다시 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫째는 대부분의 세포에서 일반적으로 일어나는 유전정보의 흐름이며, 둘째는 특별한 경우의 유전정보의 흐름, 셋째는 지금까지 알려지지 않은-실제 일어나지 않을 것으로 생각되는-흐름이다.

 

 

1)대부분의 세포에서 일반적으로 일어나는 유전정보의 흐름

 

유전정보의 흐름의 방향이 <DNA→DNA>,<DNA→RNA>,<RNA→단백질>인 경우이다.

 

DNA 복제, <DNA→DNA>인 경우

 

다음세대로 유전정보를 전달해 주기 위해서는 DNA가 정확하게 복제되어야 한다. 복잡하게 꼬여있는 DNA의 구조를 풀어주는 단백질들과 원래의 DNA를 주형으로 새로운 DNA를 만드는 DNA중합효소(polymerase)와 이를 도와주는 단백질들이 함께 협동하여 DNA를 복제한다. 그리하여 다음 세대에서 다시 <DNA→RNA→단백질>의 사이클이 유전정보의 변화 없이 반복될 수 있는 것이다.

 

전사, <DNA→RNA>인 경우

 

전사는 DNA에 간직된 유전정보가 mRNA(messenger RNA: 전령 RNA)로 합성되면서 RNA로 옮겨가는 과정이다. 이 과정은 RNA중합효소와 전사인자(transcription factor)들에 의해 수행된다. 진핵세포(eukaryotic cell)에서는 일차적으로 만들어진 mRNA(pre-mRNA)가 후에 선택적 이어붙이기(alternative splicing)의 과정을 거쳐서 완성된 mRNA가 된다.

 

번역, <RNA→단백질>인 경우

 

전사 과정을 거쳐 완성된 mRNA는 리보솜(ribosome)으로 가서 ‘번역’되어 단백질로 만들어진다. 원핵세포(prokaryotic cell)에서는 핵(nucleus)이 따로 구분되지 않기 때문에 전사와 번역이 연결되어 동시에 일어나기도 한다. 하지만 진핵세포에서는 전사가 일어나는 장소(세포의 핵)와 번역이 일어나는 장소(세포질)가 나누어져 있기 때문에 mRNA는 핵에서 세포질로 이동해야 한다. 리보솜에서 mRNA의 유전정보가 tRNA(transfer RNA: 전이 RNA)에 의해 읽혀지면서 단백질이 합성된다.

 

 

2)특별한 경우의 유전정보의 흐름

 

유전정보의 흐름의 방향이 <RNA→DNA>,<RNA→RNA>,<DNA→단백질>인 경우이다.

 

역전사(reverse transcription), <RNA→DNA>인 경우

 

역전사는 정상적인 전사과정의 반대이며 유전정보가 RNA에서 DNA로 옮겨간다. 이것은 HIV와 같은 레트로바이러스(retrovirus)에서 일어나는 것으로 알려져 있으며 진핵생물(eukaryote)에서는 역전위인자(retrotransposon)에 의해 일어난다.

 

RNA 복제, <RNA→RNA>인 경우

 

RNA 복제는 하나의 RNA를 주형으로 새로운 RNA를 만드는 것이다. 이러한 과정은 몇몇 RNA 바이러스에 의해 가능한 것으로 알려져 있다.

 

DNA로부터 직접 단백질로 번역, <DNA→단백질>인 경우

 

인위적으로 DNA를 이용하여 직접 단백질을 합성하는 것이 가능하지만 실제 세포 안에서는 일어나지 않는다.

 

3)지금까지 알려지지 않은 유전정보의 흐름

 

유전정보의 흐름의 방향이 <단백질→DNA>,<단백질→RNA>,<단백질→단백질>인 경우이다. 이러한 식의 유전정보의 흐름에 대해서는 거의 알려지지 않았지만 프리온(prion)의 경우 이와 비슷한 과정을 거치는 것으로 여겨지고 있다.

 

프리온, <단백질→단백질>인 경우

 

프리온은 같은 종류의 다른 단백질과 접촉하여 구조적인 변형을 일으킴으로써 스스로 증식하는 단백질을 가리키는 말이다. 균류(fungi)에서 이러한 변화는 다음세대로 전해질 수 있으므로 단백질에서 단백질로의 유전정보의 흐름이라고 얘기할 수도 있다. 하지만 엄밀하게 이야기하면 단백질의 아미노산 서열이 바뀐 것이 아니므로 중심원리에 어긋난다고 말할 수는 없다. 

 

 

 

주요 개념 설명

 

` 세포cell에서 세포분열cell division하는 진핵생물인 동물체는 끊임없이 세포분열하는데, 감수분열, 유사분열을 하며, 대부분의 동물세포는 18~24 시간 세포분열 주기를 가진다.

` 체세포분열(유사분열mitosis) : 거듭되는 세포분열에도 크기, 모양, 개수가 일정하게 유지되며, 수정란은 체세포분열 과정을 통하여 하나의 개체로 완성된다.

` 생식세포분열(감수분열meiosis) : 정자와 난자은 감수분열로 형성되며, 2회연속분열(제1감수분열, 제2감수분열)한다. 완성된 개체는 자손의 번식을 위하여 정자나 난자 같은 생식세포를 생산한다. 염색체수가 반으로 줄어듦.

` 염색체cromosome : 세포분열기 핵 속에 나타나는 굵은 실타래 모양의 구조물로

유전자(DNA)를 함유하고 있으며, 종마다 고유의 특이성 존재한다.

특정물질 함유(유전자:gene)하며, DNA가 유전물질이다. 염색체는 DNA와 단백질로 구성되어 있다. 세대간 연속적으로 유지 전달하고, 상염색체와 성염색체로 구분한다.

쌍으로 있는 염색체(체세포에서 상동염색체)로 거대한 핵내 봉상(실모양)의 구조체다. 세포핵내 존재하는 산성 DNA와 염기성 단백질인 히스톤의 결합으로 이루어지며,

유전자는 DNA로 구성, 유전자는 염색체 상에 존재, DNA에 유전물질이 존재, 핵내 염색체에 DNA가 존재한다. 고등동물은 몸을 구성하는 체세포와 배우자(정자,난자)인 생식세포로 되어 있다.

cf. 체세포는 복수2n/ 생식세포는 단수n

 

` 유전정보 : 모습이나 성질이 어버이에서 자식에게 물려 주는 일정한 양식을 말하는데, 생물의 여러 가지 형질이나 작용은 각각 특이적인 단백질의 직접적 또는 간접적인 작용의 발현이다.

DNA에 암호로 유전정보가 들어있다.

DNA는 RNA의 주형, RNA는 단백질protein의 주형이며, DNA는 자기복제의 주형이다.

단백질의 아미노산 배열순서는 RNA 주형에 의해 결정된다.

 

 

 

* 동물유전과개량 과제

동물유전과개량 과제물. Central Dogma, DNA,RNA,단백질 분석방법. 2021 1학기 중간 과제 레포트