1. Central Dogma
절대적 권위를 뜻하는 영단어.2. 생물학의 중심 원리
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2.1. 개요
프랜시스 크릭이 1957년 9월 19일에 발표한 이론[1]. 크릭은 9월 19일 UCL 에서 열린 거대 분자의 생물학적 복제에 대한 실험 생물학 심포지움 학회(Society for Experimental Biology symposium on the Biological Replication of Macromolecules)에서 생물학 역사에서 가장 중요한 강연 중 하나를 한다. 강의 타이틀은 '단백질 합성(Protein synthesis)'이다. 다음해에 강의 내용에 기반해 출간한 논문에서는 앞에 on 을 붙여 '단백질 합성에 대하여(On Protein Synthesis)'가 되었다. 크릭 발표 내용 중 핵심은 아래 발표 자료다. 자세한 내용은 링크 참조.DNA는 복제(Replication)를 하고, 이때 복제된 DNA 중 하나를 틀로 삼아 전사(Transcription)하면 RNA가 되며, RNA를 번역(Translation)하면 단백질(protein)이 된다는 이론이다. 즉 DNA가 행정법령안이라면, RNA는 DNA에서 필요한 부분만 복사해서 내보낸 명령서이고, 단백질은 명령서대로 움직이는 일꾼 정도로 생각하면 된다. 크릭이 제안한 최초 개념은 유전정보의 방향은 항상 DNA에서 RNA를 통해 단백질을 향한 일방향으로만 흐르며, 반대의 경우는 없다[2]는 것이었지만, 예외 없는 절대적 원칙이라기보다는 일반론으로서, 일부 수정을 통해 현재 배우는 내용이 되었다.
프린키피아 같은 아이작 뉴턴의 고전 물리학과 여러 점에서 꽤 유사성이 있다. 복잡한 문제는 제껴두었거나 혹은 밝혀지지 않았고, 단순명료한 공식을 이론적으로 제시하였다는 점이다. 그리고 두 이론 모두 해당 분야에 대단한 파급력을 보인 과학혁명의 사례로 언급되기도 한다.
생명과학 전반에서 매우 중요하게 여기는 개념이다. 생물학의 주류가 카를 폰 린네로 상징할 수 있는 과거의 거시적이고 박물학적인 고전 생물학에서 현대 분자생물학으로 바뀌었음을 상징적으로 보여준다. 특히 이 개념을 바탕으로 1유전자 1단백질 설도 나오는 등 생물학의 발전에 큰 영향을 끼친다.
2.2. 과정
DNA는 세포의 핵 속에 있는데, 어떤 단백질을 만들어 낼지에 대한 유전 정보를 담고 있다. 이렇게 DNA는 단백질 정보를 가지고 있지만 함부로 다루다가 손상되면 회복되기 어렵기 때문에 DNA를 직접 이용하지 않고 대신 DNA의 유전 정보를 복사한 RNA를 생성하여 이를 이용한다. 이 과정을 전사라고 하며 이렇게 전사된 RNA를 특별히 mRNA라고 부른다.[3] 전사 과정에 대한 자세한 설명은 전사(Transcription) 참조.비유를 하자면 DNA는 제품 설계도의 암호화된 원본이며 mRNA는 설계도를 복사한 사본을 복호화한 것에 해당한다. 설계도의 원본(DNA)은 보호를 위하여 안전한 금고 내부에 보관되어 있고, 만약 이 설계도를 생산 공장으로 운반하려면 원본을 금고에서 직접 꺼내는 것이 아니라 금고 안에서 복사된 사본을 꺼내고, 그걸 다시 읽을 수 있는 방식으로 복호화해서 이용(mRNA)하는 것이다.
아무튼, 이렇게 전사된 mRNA가 핵공[4]을 지나 핵 밖으로 이동하면 리보솜(ribosome)이 mRNA에 부착된다. 리보솜에 mRNA가 부착되면 가져온 유전정보에 맞는 아미노산만 차례대로 붙게 된다. 이러한 아미노산을 가져오는 운반체 구실을 하는 것이 tRNA이다. 그리고 아미노산끼리 연결되어 펩티드 결합을 하며 아미노산으로 이루어진 사슬(폴리펩타이드)이 만들어진다. 비유하자면 리보솜은 폴리펩타이드를 만드는 조립 공장인 셈이다. 이 과정을 번역이라 한다. 번역(Translation) 문서 참조. 그리고 폴리펩타이드는 나중에 이런저런 과정으로 구조가 접히고 가공되면서 단백질(protein)이 완성된다.
간단히 정리하면 다음과 같다.
- DNA로부터 전사(transcription) 과정을 통해 mRNA 생산.
- mRNA가 핵공을 지나 핵 밖(세포질)으로 이동.
- 리보솜(ribosome)이 mRNA에 부착, tRNA(transfer RNA)에 실려온 아미노산(amino acid)을 코돈(codon)[5]에 맞게 붙이는 번역(Translation) 과정 시작.
- 아미노산이 펩타이드 결합을 하며 아미노산으로 이루어진 사슬(폴리펩타이드)이 만들어짐.
- 폴리펩타이트가 가공 과정을 거쳐 단백질 완성.
2.3. 예외
하지만 예외도 있는데, HIV(인간면역결핍바이러스, 에이즈를 유발)와 같은 레트로바이러스는 RNA로 DNA를 합성하는 역전사 효소(Reverse transcriptase)를 가지고 있다. 다만, 단백질을 합성할 때는 센트럴 도그마의 영역에서 벗어날 수 없다. 또한, 프리온의 등장[6]과 생명의 기원을 추적하면서 DNA가 아니라 RNA라는 학설이 점점 설득력 얻고 있다. 이렇듯 예외는 있지만 여전히 생물이라는 현상을 설명하는 데 중요한 과정이다.2.4. 기타
- 이런 과정은 매우 정교하여 지적설계론자들이 지적설계의 근거로 제시하기도 한다.[7] 그러나 RNA처럼 모든 생명체가 공통적으로 같은 현상을 빠짐없이 보이고 있다는 점은 하나의 생명체에서 모든 것이 비롯되어 진화를 통해 갈라졌음을 보여주는 증거 중 하나로 꼽힌다. 모든 생물의 공통 조상 항목 참조.
[1] 이 이야기 할 때는 크릭에게 아무 근거도 없었다. 이거 말고 사실 반보존적 복제도 크릭이 그냥 때려 찍은 것에 가까웠고, 실제 증명은 한 10년 넘게 뒤에 이루어졌다.[2] 학술검색 링크. 2021년 12월 20일 현재 Google 학술검색 기준으로 피인용수 3153회에 달한다.[3] 전달자(messenger) RNA라는 뜻. RNA에는 이것 외에도 아미노산을 운반하는 tRNA, 리보솜을 구성하는 rRNA 등이 있다.[4] 핵막에 숭숭 뚫린 구멍.[5] 유전 정보를 해독하는 일종의 암호 체계로 보면 된다. 자세한 내용은 코돈 참조.[6] 프리온은 정상 단백질과 결합해서 변형시키는 성질을 가지고 있는데 단백질에서 단백질로 정보가 직접 전달이 된다.[7] 실제로 진화 과정 중에 DNA가 먼저 생겼다면 DNA를 전사, 번역할 단백질이 없고 단백질이 먼저 생겼다면 여기서 DNA로 돌아갈 수 있는 방법이 없다. 역전사나 Ribozyme 등이 발견되면서 RNA가 제일 먼저 만들어졌을 것이라는 이론이 개연성을 얻고 있긴 하나 아직 확실한 증거는 없는 상태. 이 부분은 앞으로 학자들이 계속 연구해야 할 부분이다.[8] 개정 교육과정에서 교차는 내용이 축소되어 생명과학1로 내려갔다.