The Central Dogma of Molecular Biology

   지구상에 존재하는 모든 생물체는 나름대로의 생명 활동을 영위하고 있다. 이러한 생명 활동의 가장 바닥에 깔려 있어 모든 생물체에 동일하게 적용될 수 있는 법칙이 하나 있는데 그것을 생물학에서는 중심설(central dogma)이라고 한다. 이러한 central dogma는 분자생물학, 아니 더 나아가 모든 생물학 분야의 기초가 되는 아주 기본적이고도 중요한 법칙이라고 할 수 있다. 유전 정보의 흐름을 나타내는 분자 생물학의 기본 원리인 central dogma는 1958년 Francis Crick에 의해 처음으로 제안되었고, 1970년에 Nature 잡지에 다시 재게되었다. 분자생물학의 central dogma를 한 마디로 말하면 다음과 같다. “모든 유전 정보는 일방통행으로 전달된다. 즉 DNA가 주형으로 작용하여 RNA가 전사되고, 이 RNA가 갖고 있는 정보는 다시 단백질(protein)로 번역된다.” 다시 말하면 정보가 일단 단백질로 전송되면, 핵산 (DNA, RNA)으로 역전송될 수 없다고 할 수 있다. 그럼 지금부터 central dogma에 대해 차례대로 자세하게 알아 보기로 하겠다. 

목 차
1. 생명체의 정보 저장소, 염색체
2. DNA의 발견
3. DNA의 구조
4. DNA의 정보 저장
5. DNA의 복제
6. 단백질 입문
7. 단백질의 구조
8. 유전자 코드
9. 유전자에서 단백질로
10. mRNA의 발견
11. Transcription (전사)
12. 번역 (translation)
13. 원핵생물과 진핵생물
14. Central dogma의 예외

 

14. 원핵생물과 진핵생물 - 이상 central dogma의 기본 원리인 DNA 복제, 전사, 번역에 대해서 자세하게 알아 보았다. 이들 세 가지 과정은 모든 세포 생물체에서 일어나는 과정이다. 하지만, 원핵생물과 진핵생물 사이에서는 이 3가지 과정의 차이점이 존재한다. 이것은 유전정보의 조직에서의 차이점에서 기인된 것인데, 바로 진핵생물은 핵 (nucleus)을 가지고 있기 때문이다. 원핵생물과 진핵생물에서의 DNA 구성에는 기본적인 차이점이 있다. 요약해 보자면, 전형적인 원핵생물의 유전체는 하나의 닫혀진 환형 DNA 분자로서 세포 내의 세포질 상에 존재한다. 그리고 진핵생물의 유전체는 몇몇의 일렬로 된 (linear) DNA 조각들로 세포내의 핵 안의 각각의 염색체 안에 존재하게 된다. 원핵생물에서는 세포질로부터 염색체를 구분하는 막이 존재하지 않는다. 그러나 진핵생물에서는 염색체가 핵 안에 존재하고 세포질 상에 라이보좀이 있어, 전사와 번역이 공간적으로 구분된 장소에서 일어나게 된다. (전사는 핵 안에서 일어나고, 번역은 세포질 상에서 일어난다.) 모든 종류의 세포에서 유전자의 정의는 같다. 단백질을 특이화하는 DNA 조각, tRNA, rRNA 용어들을 보면 말이다. 하지만 진핵생물에서는 단백질을 암호화하는 유전자들이 둘 또는 그 이상의 암호화 지역으로 쪼개짐에 따라, 암호화하는 부분과 암호화하지 않는 부분은 구분되어지는 것이다. 이렇게 암호화하는 서열을 엑손이라 부르고 암호화하지 않는 서열을 인트론이라고 한다. 인트론과 엑손 모두 primary 전사물 또는 pre-mRNA로 전사되어지고 기능적인 즉, 기능을 가진 mRNA는 암호화하지 않는 부분을 제거함으로써 형성되어진다.  진핵생물에서 pre-mRNA에서 암호화되지 않는 부분을 잘라내는 과정을 splicing이라고 한다. 이것은 pre-mRNA가 mature mRNA로 가능하게 함으로써 기능을 갖도록 하는 것이다.

15. Central dogma의 예외 - 지금까지 분자생물학에서 사용되는 중요한 원리인 central dogma에 대해서 알아 보았다. 한 마디로 정의하면 DNA는 복제를 위해 스스로 주형이 되고, DNA로부터 RNA가 전사되며, RNA는 단백질로 번역된다는 것이다. 하지만 central dogma는 때로 오해를 불러 일으킬 수 있는데, 이는 DNA에서 RNA, 그리고 단백질로의 정보 흐름의 표준이 때때로 혼동을 일으킬 수 있기 때문이다. 사실 정보 흐름의 표준에 위배하는 몇 가지의 예외가 존재한다. 그 예로는 먼저 reverse transcription (역전사)이 있다. RNA를 유전 정보 전달 물질로 가지는 바이러스 등에서 발견되는 것으로 RNA를 주형으로 해서 DNA를 만드는 것이다. 여기서 작용하는 효소는 reverse transcriptase (역전사 효소)이다. 즉, DNA에서 RNA가 아닌, RNA에서 DNA로의 유전 정보 전달이 이루어지는 것은 명백히 central dogma에 위배된다고 할 수 있다. 다음은 prion의 발견이다. 이 단백질은 DNA나 RNA를 거치지 않고 단백질 수준에서 복제를 하기 때문에 이것도 central dogma에 위배되는 좋은 예라고 할 수 있다. Prion이 일으키는 대표적인 질병으로는 광우병을 들 수 있다.

*** Reference ***
1. 서적
 - Molecular Biology 2nd edition (McGraw Hill 출판, Robert F.Weaver 저)
   ch2. The Molecular Nature of Genes
   ch3. Strong Information
 - Brock Biology of Microorganisms 10th edition (Prentice Hall 출판, Michael T.Madigan 외 2명 저)
   ch7. Principles of Microbial Molecular Biology
 - 생명공학이란 무엇인가? 그 약속과 실제 (지성사 출판)
   p21~p50

2. 인터넷 
 - Central dogma of molecular biology - Wikipedia, the free encyclopedia
   주소 -> http://en.wikipedia.org/wiki/Central_dogma_of_genetics

 - Access Excellence ; the nation health museum resource center
   주소 -> http://www.accessexcellence.org/RC/VL/GG/central.html