전사와 번역에 대한 이해 (생명중심원리)

지난번에 DNA, 유전자, RNA 및 염색체에 대해서 간략하게 정리를 하였는데, 유전정보의 흐름을 이해하기 위해서는 생명중심원리, 전사와 번역, 유전 부호에 대한 이해가 필요합니다. 거기에 대해서 정리를 해보겠습니다. 아래 포스팅을 먼저 읽고 오시면 이해가 더욱 수월합니다.

2023.11.24 - [과학] - DNA, 유전자, 염색체 개념

DNA, 유전자, 염색체 개념

 

생명 중심 원리

생명 중심 원리란 세포의 핵에 있는 유전정보가 DNA로부터 RNA로 전달되고, 이어서 단백질이 합성되면서 전달되는 것을 설명하는 원리입니다. 이를 센트럴 도그마(central dogma)라고 하는데요, 조금 단순하게 생명중심원리를 요약해 보자면 유전정보의 흐름 방향은 DNA에서 RNA로 전달된 다음, RNA에서 단백질 합성으로 진행되는 것입니다. DNA는 핵 속에 있고요, 리보솜(ribosome)에서 단백질이 합성이 됩니다. 여기서, 전사(transcription)는 DNA의 유전정보가 RNA로 전달되는 과정을 말하며 세포의 핵 속에서 일어납니다. 그리고, 번역(translation)은 DNA로부터 RNA로 전달된 유전정보를 바탕으로 단백질이 합성되는 과정으로 이 과정은 세포질의 리보솜에서 일어납니다.

생명중심원리, 전사와 번역으로 유전정보의 흐름을 나타낸다.

 

 

유전 부호

유전정보는 유전자를 구성하고 있는 DNA의 염기서열에 저장이 되어 있습니다. 이를 다시 말하면 DNA의 염기인 아데닌(A, Adenine), 구아닌(G, Guanine), 사이토신(C, Cytosine), 타이민(T, Thymine)의 배열 순서에 따라서 유전정보가 결정이 된다는 뜻입니다. 여기서 중요한 개념은 바로 3염기 조합(Triplet code)입니다. DNA에서 연속된 3개의 염기가 아미노산 1개를 지정하게 되는데요, 이것이 바로 3염기 조합입니다. 그리고, 이것이 전사가 되면 아미노산을 지정하는 RNA가 합성이 되는데, 이때 RNA에서 아미노산 1개를 지정하는 연속된 3개의 염기를 코돈(codon)이라고 합니다.

단백질 합성 과정, 3염기 조합으로부터 코돈으로, 그리고 코돈으로부터 특정 아미노산이 지정된다. 이미지 출처: owlcation.com

 

아미노산은 모두 20종류가 있는데요, 여기서 한 가지 알아두어야 할 것은 4종류의 염기가 2개씩 조합을 하게 된다면 4^2으로 16개의 아미노산만을 지정할 수가 있겠죠. 20종류가 되는 아미노산 전체를 지정할 수가 없게 됩니다. 따라서, 3염기 조합을 통해 4종류의 염기가 4^3개, 즉 64개의 유전부호를 생성할 수 있기 때문에 20종류의 모든 아미노산을 지정할 수 있게 되는 거죠. 그리고, 코돈은 DNA에서 상보적으로 전사가 되어 결합된 것이므로 64종류가 있다고 이해를 할 수 있습니다.

 

유전정보의 전달

자, 이제 우리는 전사와 번역, 그리고 3염기 조합과 코돈에 대하여 알게 되었는데요, 이를 유전정보가 전달되는 과정에 대입하여 정리를 해볼 수가 있습니다. 전사는 핵 속에서 DNA 이중나선 중의 한쪽 가닥의 염기에 대응하여 상보적인 염기를 가진 RNA 뉴클레오타이드(nucleotide)가 결합하여 생성이 됩니다. (complementary bond) 여기서 상보적으로 결합된 염기를 정리하면 아래와 같습니다.

• DNA 이중나선 구조의 두 가닥 중 주 가닥과 다른 가닥의 결합 : A → T, G → C, C → G, T → A
• RNA 합성 시 : A → U, G → C, C → G, T → A

염기의 상보적인 결합을 설명한 아래 이미지들의 염기를 잘 살펴보시기 바랍니다.

염기의 상보적인 결합으로 이중나선구조의 DNA가 구성된다. 이미지 출처:  libretexts.org

 

DNA의 주가닥과 상보적인 결합으로 나머지 가닥의 염기가 수소결합으로 결합되고, 이중나선구조를 형성합니다. 그리고, 여기서 주가닥을 복사하여 상보적인 결합을 한 염기서열을 가지는 RNA가 합성되는 거죠. 그러면 우리는 RNA 염기서열을 가지고 DNA 이중 나선 구조의 가닥 중 주가닥의 염기서열을 역으로 알 수가 있고, 나머지 가닥의 염기서열 역시 알 수가 있습니다. 코돈 표(codon table)는 별도로 암기할 필요는 없습니다. 다만, 상보적인 결합이 어떻게 형성이 되는지 이해하면 되고, 이를 바탕으로 어떤 DNA이 염기에서 전사된 RNA의 염기서열을 쓸 수 있고 반대로 전사된 RNA를 바탕으로 DNA의 염기서열을 쓸 수가 있으면 되겠습니다.