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안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.
텔로미어란?
염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,
염색체의 손상을 막아주는 역할을 함
텔로머라제란?
텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소
노화를 방지하는 효소
이전 포스트에서는 DNA 유전정보가 단백질로 합성되는 과정의 기초적인 내용에 대해 설명드렸습니다. DNA -> RNA로 되는 과정은 '전사', RNA -> 단백질로 되는 과정은 '번역'이라고 말씀드렸는데요.
이처럼 DNA 유전정보가 DNA -> RNA -> 단백질로 전달된다는 학설을 유전정보의 중심원리(Central Dogma)라고 합니다. 이번 포스트에서는 유전정보의 중심원리의 첫 단계인 DNA -> RNA로 되는 '전사' 과정에 대해 자세하고 쉽게 설명드리겠습니다.
● 진핵세포 / 원핵세포의 전사 위치
.
진핵세포와 원핵세포는 전사가 일어나는 장소에 차이가 있습니다. 우선 진핵세포의 전사는 '핵 속' 에서 일어납니다. 이 때 전사되는 RNA는 mRNA(messenger RNA)입니다.
원핵세포는 핵이 없는 세포를 말하는데요. 이 때문에, 핵 속에서 전사가 일어나는 진핵세포와는 달리 세포질에서 전사가 일어납니다. 이 때 역시 mRNA로 전사됩니다.
진핵세포의 전사 : 핵 속에서 발생
원핵세포의 전사 : 세포질에서 발생(핵 X)
● DNA 복제와 RNA전사 비교
DNA 복제는 한 권의 책을 2 권의 책으로 복제하는 것으로 비유할 수 있고, RNA 전사는 한 권의 책 내용 중 일부만를 복제하는 것으로 비유할 수 있습니다.
위 그림에서 볼 수 있듯이 DNA 복제는 2 중가닥이 분리되고 그 각각의 가닥들이 모두 주형가닥으로 작용해 DNA를 복제합니다. 이와 달리 전사는 DNA 2 중가닥 중 한 가닥만을 주형가닥으로 작용해 RNA를 전사합니다.
즉, DNA 복제는 1 개의 DNA에서 완전히 동일한 2 개의 DNA로 복제하고, RNA 전사는 1개의 DNA에서 한 가닥만을 주형가닥으로 해 1 개의 RNA를 전사하는 과정입니다. 이 때 주형가닥이 아닌 나머지 1 가닥을 비주형가닥 이라고 합니다.
DNA 복제 : 완전히 동일한 2 개의 DNA를 복제
RNA 전사 : DNA 2 중가닥 중 한 가닥만을 주형가닥으로 작용해 1 개의 RNA만 전사
이전 포스트의 'DNA 복제과정'에서 DNA 중합효소로 새로운 뉴클레오타이드를 결합할 때, RNA 프라이머가 필요하다고 설명드렸습니다. RNA 중합효소에 의해 우선 RNA 프라이머를 생성하고, 그 뒤에 DNA 중합효소가 붙어 DNA 가 복제된다는 내용이었는데요.
RNA 중합효소 -> RNA 프라이머 생성 -> DNA 중합효소 부착 -> DNA 복제
왜 DNA는 그냥 복제되지 않고 꼭 'RNA 프라이머' 가 있어야 복제를 시작할 수 있는 것일까요?
RNA는 최초의 유전물질로 알려져 있습니다. 그래서 RNA는 스스로 합성이 가능하고 새로운 뉴클레오타이드를 바로 결합시킬 수 있습니다.
DNA는 RNA에 비해 유전정보를 효율적으로 저장할 수 있기는 하지만 RNA가 진화되어 만들어진 것이기 때문에, 이 진화의 잔재로 인해 RNA가 있어야만 DNA가 합성될 수 있습니다. 즉, DNA는 처음 복제를 시작할 때 RNA 프라이머의 도움이 필요한 것이죠.
하지만 전사는 RNA를 만드는 것이기 때문에, 굳이 RNA 프라이머가 필요 없습니다.
DNA 복제 : RNA 프라이머 필요
RNA 전사 : RNA 프라이머 필요 X
하지만 DNA 복제와 RNA 전사에는 공통점이 존재합니다. 바로 과정이 이뤄지는 방향인데요. 전사의 진행 방향은 DNA 복제와 마찬가지로 5` -> 3` 방향으로 이뤄집니다.
DNA 중합효소와 마찬가지로, RNA를 전사하는 RNA 중합효소는 3` 말단을 인지하고 그 부위에 새로운 뉴클레오타이드를 연결합니다.
DNA 복제와 RNA 전사의 진행 방향 : 5` 말단 -> 3` 말단
● RNA 전사 과정
- 개시
우선 DNA 이중나선에 '프로모터(Promoter)' 가 결합합니다. 프로모터는 RNA 중합효소가 결합하는 DNA 부위를 말합니다. DNA의 프로모터에 RNA 중합효소가 부착하는 이 과정을 '개시' 라고 합니다.
2. 신장
DNA 프로모터에 부착한 RNA 중합효소는 DNA 2 중가닥의 수소결합을 끊습니다. '수소결합'이 끊어진 DNA 2중가닥 사이로 RNA를 만드는 뉴클레오타이드가 주형가닥에 부착하게 됩니다.
이 과정을 '신장' 이라고 하는데요. 앞서 언급드렸듯이, 신장 방향은 5` -> 3` 로 이뤄지게 됩니다.
3. 종결
DNA로부터 RNA 전사가 계속 일어나다가 DNA 종결 자리에서 RNA 중합효소가 분리되는데요. 이러면 RNA 전사가 완료되게 됩니다. 이 과정을 '종결' 이라고 합니다.
RNA의 전사 방향이 헷갈리실 것 같아 설명드리겠습니다. 우선 맨 아래의 단일가닥이 DNA로부터 전사된 mRNA입니다. 그 위의 2 중가닥은 DNA인데요. 2중 가닥 하단이 RNA를 전사한 주형가닥이고, 그 위는 비주형가닥 입니다.
방향성을 보시면, 'mRNA'는 5` -> 3` 방향으로 전사된 것을 확인할 수 있습니다. '주형가닥'은 mRNA와 상보적 결합을 하고 있으며, 방향은 3` -> 5` 인 것을 볼 수 있죠. '비주형가닥'은 그 주형가닥과 상보적 결합을 하고 있으며 5` -> 3` 방향인 것을 알 수 있습니다.
전사된 RNA : 5` -> 3`
DNA 주형가닥 : 3` -> 5`
DNA 비주형가닥 : 5` -> 3`
위에서 설명드린 내용을 그림을 통해 더 자세하게 설명드리겠습니다. 여기서 주목할 것은, mRNA와 비주형가닥이 방향과 염기서열이 거의 일치한다는 것입니다. 완전히 일치하지 않는 것은 DNA와 RNA의 염기 서열에 차이가 있다는 것 때문인데요.
DNA는 A, T, G, C 염기를 갖는 반면 RNA는 A, U, G, C 염기를 갖기 때문이죠. 이 때문에, mRNA의 U 염기에 비주형가닥의 T가 있는 것이죠. 이것만 제외하면, 방향과 염기서열 모두 일치합니다.
그래서 주형가닥은 모르고 비주형가닥만을 아는 상태에서도 mRNA 염기서열과 방향을 유추할 수 있는 것입니다.
비주형가닥과 mRNA의 염기서열, 방향은 일치한다
U <-> T 만 서로 차이
● 마무리
이번 포스트에서는 DNA -> RNA 과정인 '전사' 과정을 설명드렸습니다. DNA 복제와 RNA 전사의 차이점, RNA 전사 과정, RNA와 비주형가닥의 관계에 대해 잘 이해하셨으면 이번 포스트 이해는 끝난 것인데요. 다음 포스트에서는 RNA -> 단백질 과정인 '번역' 과정에 대해 설명드리겠습니다.
이 블로그에서는 텔로미어(Telomere)와 텔로머라제(Telomerase)에 대해 중점적으로 다루고 있습니다. 텔로미어는 염색체 양 끝에 위치한 DNA구조인데요. 세포가 분열할 때마다 염색체 양 끝단인 텔로미어 길이가 짧아집니다. 텔로미어가 더 이상 분열할 수 없을 정도로 짧아지면 분열을 멈춥니다. 세포의 노화가 시작되는 것이죠.
텔로머라제는 이를 방지해 세포 노화를 억제하는 역할을 합니다. 최근 논문들에서는 텔로머라제가 텔로미어 길이 연장 뿐 아니라 다양한 면역 반응에도 관여한다고 하는데요.
텔로머라제에 대한 자세한 내용은 '관련 논문 카테고리'에 올릴 예정이니, 한 번 보시길 바랍니다.
글 마지막 부분에 전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.
※동영상 출처
채널명: 계숙 샘
동영상제목: [통합과학] [생명과학2]2단원 2-3차시 단백질 합성 전사 과정(transcription)
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