유전 암호와 유전 정보의 전달, 전사 과정

◎ 유전 암호와 유전 정보의 전달

유전자가 폴리펩티드(Polypeptide)로 암호화한다는 것이 명백해지자 과학자들의 관심은 어떤 과정을 통해 DNA로부터 단백질인 폴리펩티드 사슬이 합성되는지에 집중되었습니다. 생물학자들의 연구에 의하면 DNA는 핵 속에 위치하고 단백질의 합성은 세포질에서 일어난다는 것이 밝혀졌으며, 이것은 DNA에서 단백질이 직접 만들어지는 것이 아니라는 것을 의미합니다. 실제로 DNA가 직접 단백질을 합성하는 것이 아니라 DNA가 주형이 되어 또 다른 핵산인 RNA를 만든 다음, 이 RNA가 핵에서 세포질로 전달되고, RNA로부터 단백질 합성이 시작됩니다. 이를 유전 정보의 중심 원리(Central Dogma)라고 합니다.

단백질은 아미노산이 펩티드 결합을 통해 형성됩니다. 따라서 유전 정보의 중심 원리에 따라 DNA로부터 RNA를 거쳐 단백질이 합성된다는 것은 DNA 유전 암호에는 특정한 단백질을 형성하기 위해 어떤 순서로 아미노산들이 결합할 것인지를 결정하는 정보가 들어 있다는 것을 의미합니다. 그럼 RNA로부터 단백질을 합성할 때, 리보솜(Ribosome)은 뉴클레오티드(Nucleotide)의 단순한 나열을 어떻게 폴리펩티드(Polypeptide)의 아미노산 서열로 인식할 수 있을까요?

단백질을 구성하는 아미노산의 종류는 20여 종으로 알려져 있습니다. 만약에 한 개의 염기가 한 종류의 아미노산을 지정한다면 4종류의 아미노산밖에 만들 수 없고, 2개의 염기가 하나의 아미노산을 지정한다면 4²으로 16가지 종류의 아미노산밖에 만들 수 없습니다. 따라서 20여 개의 아미노산을 지정하기 위해서는 DNA가 AAA, AAT, AAC 등과 같이 염기 3개가 하나의 단위를 이루어 아미노산을 지정해야 64(4 ³) 개의 조합이 가능하므로 20여 개의 모든 아미노산을 지정할 수 있습니다. 실제로 3개의 염기 서열이 하나의 아미노산을 지정합니다. 이와 같이 염기 3개가 한 조로 되어 유전 정보로 작용하는 것을 트리플렛 코드(Triplet code)라고 합니다. 그리고 DNA의 트리플렛 코드(Triplet code)에 의해 전사된 RNA의 3개 염기 단위를 코돈이라 하며, 이 코돈이 결정하는 아미노산의 종류는 다음과 같습니다.

이처럼 핵산에 포함되어 있는 유전 정보는 3개의 연속된 뉴클레오티드 서열이 하나의 아미노산을 지정하여 결정됩니다. 그리고 앞에서 DNA는 RNA를 만들 때 주형이 되고, 핵에서 세포질로 빠져나온 RNA로부터 단백질이 만들어진다고 했습니다. 이 때, DNA에서 RNA가 만들어지는 과정을 전사라고 하고, RNA로부터 단백질이 만들어지는 과정을 번역이라고 합니다.

 

◎ 전사

유전 형질 발현의 첫 단계는 핵 속에서 일어나는 전사 과정입니다. DNA로부터 RNA가 만들어지는 전사 과정에 의해 DNA의 유전 정보를 리보솜에 전달하는 전령 물질인 mRNA(전령(messenger) RNA)와 리보솜을 구성하는 rRNA(리보솜(ribosomal) RNA), 리보솜으로 아미노산을 운반하는 tRNA(운반(transfer) RNA) 가 만들어집니다.

mRNA는 단백질을 합성하는 데 필요한 정보를 가지고 있고, 3개의 염기가 조합을 이루어 하나의 아미노산을 지정합니다. 그리고 tRNA는 일종의 번역사의 역할을 담당하여 mRNA에 세 글자 형식의 코돈으로 저장되어 있는 유전 암호를 대응되는 아미노산으로 전환시킵니다. 즉 tRNA는 mRNA를 번역하여 그에 적당한 아미노산을 차례로 운반하여 하나의 폴리펩티드 사슬이 합성되도록 합니다. 이런 역할을 수행하기 위해서 tRNA는 mRNA의 코돈과 상보적으로 결합하는 안티코돈 및 아미노산과 결합하는 부위, 리보솜과 결합하는 부위를 가지고 있습니다. 그리고 rRNA는 단백질 합성에 관여하는 리보솜을 형성하는 데 참여하는 RNA입니다.

한편 DNA에서 RNA로의 유전 정보의 전달도 DNA의 복제 과정과 비슷하게 DNA의 이중 나선이 풀리면서 이루어집니다. 그러나 복제 과정과 달리 DNA 두 가닥 중 한 가닥만이 활성화되면서 주형으로 작용하여 RNA가 만들어지며 이 과정은 RNA 종합 효소에 의해서 진행됩니다.