중심원리

중심원리 (Central dogma)는 생명체 내의 유전 정보의 흐름을 분자수준에서 설명하는 현대분자생물학의 근본 원리이다. 중심원리는 1958년 프란시스 크릭 (Francis Crick)에 의해 다음과 같이 처음으로 언급되었다. '중심 원리는 ‘정보’가 단백질로 전달이 되면 다시 나올 수 없다는 것을 의미한다. 부연하자면, 핵산으로부터 핵산으로의 정보 전달이나 핵산으로부터 단백질로의 정보 전달은 가능하지만, 단백질로부터 단백질 또는 단백질로부터 핵산으로의 정보 전달은 불가능하다는 것이다. 여기서 정보란 핵산에서의 염기 서열 혹은 단백질에서의 아미노산의 서열을 의미한다.' 즉, 프란시스 크릭은 핵산인 DNA와 RNA로부터 단백질로 전달된 정보가 거꾸로는 전달될 수 없음을 천명하였다. 중심원리는 대부분의 세포에서 DNA가 전사 (transcription)를 통하여 RNA에 생명체의 정보를 전달한 후, RNA는 번역 (translation)되어 단백질에 정보를 전달함을 의미한다. 여기에 더해 DNA는 DNA 자체를 복제 (replication)함으로써 정보의 영속성을 유지한다는 것이 일반적인 중심 원리를 구성하는 정보의 흐름이다. 특정 바이러스 등의 경우엔 RNA가 RNA를 복사 (RNA replication)하거나 RNA가 DNA를 생성하는 역전사 (reverse transcription)가 일어나기도 하지만 예외적인 경우라 볼 수 있다. 그림 1은 중심원리를 구성하는 각각의 일반적 과정을 보여주는 모식도이다.

그림 1. 중심원리에서의 일반적인 정보의 흐름 (출처: 한국분자·세포생물학회)

목차

생명체가 개체로서, 종으로서 존재를 유지하기 위해서는 체세포와 생식세포에서 공히 유전 물질이 거의 완벽하게 똑같이 전달되어야 한다. 이를 담당하는 것이 DNA의 복제이다. 여기서 DNA 복제 (replication)라는 단어가 사용되는 이유는 DNA가 같은 DNA를 만드는 과정이 복제 혹은 복사이기 때문이다. 즉, 이 과정을 통해 완전히 똑같은 DNA가 생성된다. DNA 복제에는 DNA 중합효소 (DNA polymerase)를 포함한 여러가지 특화된 단백질들의 참여가 필수적이다.

전사 (transcription)는 DNA의 이중가닥 (double helix) 중 하나의 가닥에 저장되어 있는 유전정보가 전령 RNA (messenger RNA: mRNA)의 형태로 전달되는 과정이다. 여기서 전사 (transcription)라는 단어가 복제 대신 사용되는 이유는 전사 과정 중 DNA의 염기 서열 정보가 굉장히 유사한 형태인 RNA로 전달되지만 DNA와 RNA가 똑같지 않기 때문이다. 또한 전령 RNA의 명칭은 DNA와 단백질을 매개하는 메센저 역할을 하는 RNA임을 나타낸다. 전사과정에는 RNA 중합효소 (RNA polymerase)와 전사 인자(transcription factor)등의 여러 특화된 단백질이 필요하다.

번역 (translation)은 mRNA에 있는 DNA로부터 유래된 염기 서열이라는 정보가 단백질을 구성하는 아미노산 서열이라는 정보로 전달되는 과정이다. 여기서 번역 (translation)은 염기 서열과 아미노산 서열이라는 전혀 체계가 다른 외국어와 같은 두 정보가 변환되는 과정을 표현하기 위하여 사용되었다. 즉, 복제와 전사의 경우 결국 핵산끼리의 변환이라는 점에서 비슷한 언어들의 사용이라 볼 수 있는 반면 번역은 전혀 생물학에서 전혀 다른 체계의 분자들이 사용된다는 점에서 다르다고 볼 수 있다. 번역 과정은 리보좀 (ribosome)이라고 하는 번역을 담당하는 거대한 복합체 안에서 일어난다. 리보좀 안에 전달 RNA (transfer RNA: tRNA)라는 RNA가 들어와 mRNA에 존재하는 염기 서열을 ‘읽고’, 거기에 대한 아미노산을 중합하여 단백질을 만들게 된다. tRNA는 염기 서열에 특화된 번역 과정에서의 정보 전달 (transfer)을 담당하는 RNA라는 의미로 명명되었다. 그 외에 번역을 조절하는 번역 조절 단백질들이 필요하다.

DNA, RNA, 단백질, 전사(transcription), 번역(translation), 복제(replication), RNA 복사 (RNA replication), 역전사(reverse transcription), DNA 중합효소(DNA polymerase), 이중가닥(double helix), 메신저 RNA(mRNA), RNA 중합효소(RNA polymerase), 전사 인자(transcription factor), 리보좀(ribosome), transfer RNA(tRNA)

Crick, F.H.C. (1958). 'On Protein Synthesis'. In F.K. Sanders. Symposia of the Society for Experimental Biology, Number XII: The Biological Replication of Macromolecules. Cambridge University Press. pp. 138–163.

Molecular Biology of the Gene, Seventh Edition (Watson et al., Pearson)