DNA와 형질발현

유전자에 의해 형질이 암호화되어 있다는 것은 널리 알려져 있습니다.

생명체의 형질, 우리의 눈 색, 머리카락 색, 키 등의 여러 특징들은 DNA에 저장된 정보에 의해 결정됩니다.

그렇다면 DNA는 어떻게 이렇게 다양한 형질을 암호화 하고 있을까요?

이런 형질은 대부분 단백질에 의해 일어납니다.

1. 단백질이란?

   단백질은 굉장히 다양한 구조를 가지고 있으며, 단백질의 구조에 따라 기능이 다릅니다.

   단백질은 여러가지 아미노산이 연결되어 있는 중합체입니다.

   우리 몸의 단백질은 대부분 20종류의 아미노산으로 구성됩니다.

   각 아미노산은 화학적으로 다양한 성질을 가지고 있는데, 이 아미노산이 어떤 것이 어떤 순서로 연결되는지에 따라 단백질의 모양과 기능이 결정됩니다.

   결국 DNA는 이런 아미노산의 순서를 암호화하고 있다고 할 수 있습니다.

2. 트리플렛 코드

   DNA는 A(아데닌), T(티민), C(시토신), G(구아닌)의 4가지 염기로 이루어진 중합체입니다.

   아미노산은 20종류인데 어떻게 4가지 염기만으로 모두 암호화 하고 있을까요?

   DNA는 아미노산을 트리플렛 코드 방식으로 암호화 합니다.

   3개의 염기가 하나의 아미노산을 지정합니다.

   예를 들어 DNA의 'TAC'순으로 배열된 염기는 메티오닌을 암호화합니다.

   즉 DNA는 트리플렛 코드 방식으로 4*4*4 즉 64개의 조합을 만들 수 있고, 이는 아미노산 20개를 암호화하기에 충분한 갯수입니다.

   64개 중 61개는 아미노산을 암호화합니다. 20개보다 조합수가 많기 때문에, 한 아미노산에 여러 코드가 지정되어 있기도 합니다.

   나머지 3개는 합성이 끝나는 부분인 '종결'을 의미하는 코드입니다.

   

3. 전사 mRNA

   DNA가 발현될 때 먼저 mRNA로 전사됩니다. (mRNA는 messanger RNA로 상보적으로 DNA의 유전정보를 가지고 핵 밖으로 이동하는 RNA입니다.)

   RNA는 A(아데닌), U(우라실), C(시토신), G(구아닌) 4종류의 염기로 구성됩니다.

   각 염기는 A-T(U) , C-G가 상보적으로 결합할 수 있습니다. DNA는 평소 이중 나선이 서로 A-T, C-G가 마주보고 결합한 상태로 존재합니다.

   mRNA가 전사될 때도 동일한 규칙이 적용됩니다.

   앞서 언급한 DNA의 'TAC'배열은 mRNA로 전사되면 'AUG'가 될 것입니다.

   mRNA로 전사된 암호는 '코돈'이라고 부릅니다.

4. 단백질 번역 tRNA와 리보솜

   전사된 mRNA는 리보솜과 결합합니다.

   이후 tRAN가 아미노산을 달고 mRNA와 상보적인 자리에 결합합니다. (tRNA 는 transfer RNA로 특정 아미노산을 운반하는 RNA입니다.)

   tRNA는 mRNA와 상보적으로 결합할 수 있는 안티코돈 부위를 가집니다. 이 부분의 서열에 따라 결합해있는 아미노산이 다릅니다.

   예를 들어 안티코돈이 'UAC'인 tRNA는 '메티오닌'만을 운반합니다.(이 tRNA는 mRNA의 'AUG'서열에 상보적으로 결합할 것입니다.)

   상보적인 tRNA들이 각자의 아미노산을 가지고 mRNA에 상보적으로 결합합니다.

   리보솜에 의해 아미노산이 차례대로 연결됩니다.

   앞서 언급한 3개의 종결 코드에는 대응하는 tRNA가 없습니다. 이 자리에는 대신 방출 인자가 결합하고 단백질 합성이 종결됩니다.

   이 과정으로 단백질이 완성되었습니다.

물론 각 과정 사이사이에 복잡한 작용이 일어납니다. mRNA가 전사되는 과정에서 특정 부분이 잘리며 가공되기도 하고, 만들어진 단백질도 특정 가공과정을 거칩니다.

어찌 되었든 DNA의 4가지 염기만으로 결과적으로 생명체의 수많은 복잡성이 나타난다는 점이 매우 흥미롭습니다.