중심원리

중심원리(central dogma)란 분자생물학 분야의 중요한 개념으로 생명체의 세포에서 유전정보가 어떻게 이용되는지 그 흐름의 방향을 설명하는 원리이다. DNA의 이중나선 구조를 밝힌 프란시스 크릭(Francis Crick)이 1958년에 처음 제안하였다. 중심원리는 기본적으로 유전정보가 핵산에 담겨있으며 이 정보는 핵산에서 핵산으로, 혹은 핵산에서 단백질로는 전달 가능하지만, 단백질에서 단백질로, 혹은 단백질에서 핵산으로 전달하는 것은 불가능하다는 방향성의 한계를 말한다. 그러나 이 개념은 다소 모호하여 1970년 네이처 저널을 통해 개정되었고, 이후에도 여러 예외적 증거들이 다수 발견되면서 오랫동안 논란이 되어왔다. 현재는 프란시스 크릭이 제안한 중심원리를 ‘일반적 정보전달의 흐름’으로 정의하고, 그 외의 예외적인 현상들은 ‘특수한 정보전달의 흐름’으로 구분한다 (그림 1).

그림 1. 분자생물학의 중심원리. 프란시스 크릭이 제안한 중심원리를 ‘일반적 정보전달의 흐름 (붉은색 실선)’으로 정의하고, 그 외의 예외적인 현상들은 ‘특수한 정보전달의 흐름 (회색 점선)’으로 구분한다. (출처 :정우현/덕성여대)

목차

생물체 내에서 유전정보를 취급하는 세 가지 고분자는 DNA, RNA, 그리고 단백질인데 이들이 정보전달과 관련하여 가질 수 있는 방향성 3 x 3 = 9가지 중에서 DNA에서 DNA로(복제, replication), DNA에서 RNA로(전사, transcription), 그리고 RNA에서 단백질로(번역, translation) 가는 세 가지 정보전달을 의미한다. 즉, DNA 분자는 유전정보의 보존과 증식에 사용되고, RNA 분자는 유전정보의 일시적 운반체로 사용되며, 단백질은 유전정보의 최종 산물로서 세포 내에서 다양한 생리활동의 직접적인 활성을 가지는 효소로 작용한다는 의미이다. 일반적 정보전달의 흐름은 모든 생명체의 세포에서 공통적으로 발견되는 보편적인 현상이다. 유전정보의 보관에 사용되는 DNA는 핵 내에 존재하나 단백질이 만들어지고 효소로서 역할을 하는 것은 대부분 세포질에서 일어난다. 따라서 DNA에서 단백질로 유전정보를 전달해주는 운반체로 RNA가 필요하며, 이러한 역할을 담당하는 RNA를 특별히 메신저 RNA(messenger RNA, mRNA)라 한다. mRNA는 DNA 두 가닥 중 어느 한 가닥에 담긴 유전정보를 DNA 상의 염기서열 그대로 복사해 낸 사본과 같으며, 이것이 핵 밖으로 이동하여 리보솜(ribosome)을 만나면 유전정보가 해독되어 해당 아미노산이 펩티드 결합(peptide bond)을 통해 연결되어 최종적으로 특정 단백질이 완성된다.

특수한 정보전달의 흐름은 보편적으로 모든 세포에서 관찰되는 세 가지 유전정보의 흐름 외에 예외적으로 발견된 현상으로 현재까지 RNA에서 DNA로(역전사, reverse transcription), RNA에서 RNA로(RNA 복제), DNA에서 단백질로, 그리고 단백질에서 단백질로 정보가 전달되는 네 가지 특수한 흐름이 관찰되었다.

정우현/덕성여자대학교

김은자/한국미생물학회