[제 3장]유전자 발현의 기초 정리(센트롤 도그마의 전체 흐름 정리)

우리 몸을 구성하고 기능이 있는 단백질은 유전 정보(Genomic information)을 기반으로 만들어진다. 이때 중요한 이론인 Central dogma 이다

센트럴도그마의 개념 및 의미는 아래 포스팅에 있습니다~!

인간 유전체 (human genome)에 대해서 - https://kimrosekim.tistory.com/m/9

인간 유전체 (human genome)에 대해서

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유전정보가 단백질까지 가기 위해 핵산(DNA, RNA)들의 합성(복제) 및 편집 등이 필요하다.
오늘은 이런 센트럴 도그마가 이루어지는 과정을 살펴보고자 한다.

1. DNA의 복제 (Duplication)
세포분열과 같이 DNA의 갯수를 늘려야 할 때 DNA 복제가 일어난다. DNA는 2중 나선구조이며 (2줄이 서로 수소결합으로 얽혀 나선형으로 꼬여있는 형태) 상보적으로  구성되어있다.
상보적인 의미는 서로 짝이 정해진 의미로 DNA의 2줄 중 1줄(주형 = template)만 있어도 정보를 알 수 있다.
위와 같은 내용의  DNA 특징은 반보존적 = semi-conservative 이라고 한다.

이렇게 DNA 복제가 일어나기 위해 필요한 핵심적 효소들은
- Helicase, DNA polymerase, Primase, DNA ligase  등이 있다.

1) DNA double strand -> single strand (2중 가닥을 한가닥으로 분리) = Denaturation
Helicase 효소는 상보적으로 결합된 2중가닥의 DNA를 서로 분리시키는 역할을 한다.

2) DNA 합성 (Synthesis, Extension)
DNA을 합성하기 먼저 2중 나선을 분리하여 합성하기 시작한다. 이때 DNA polymerase 효소를 사용하여 합성한다. 중요한 점은 DNA은 방향성이 있기때문에 5'->3' 방향으로 합성한다.

단일가닥으로 분리 된 2줄의 DNA의 합성은 동시에 일어나며, 방향성이 있기때문에 3'->5'의 주형을 갖는 DNA는 자연스럽게 5'->3' 으로 합성이 가능하지만

5'->3'의 주형을 갖고 있는 DNA의 합성은 다른 방법으로 합성하게 된다.
효소가 중간중간 붙어 단편으로 합성을 하고 DNA ligase 효소를 이용하여 조각끼리 붙여 연결하는 방식으로 진행된다. 이런 DNA 단편(조각)을 오카자기 단편(okazaki fragment)이라고 한다.

2. 센트럴도그마의 흐름
DNA -> RNA -> protein

*언어 및 개념정리
polymerase -> polymer + -ase
polymer = 여러개가 이어서
-ase = 효소
=> 여러개로 이어주는 효소 = 합성효소, 중합효소
ex) DNA polymerase : DNA 합성효소
      RNA polymerase : RNA 합성효소
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DNA 중 Protein까지 갈 수 있는 DNA 지역은 exon 지역이며, exon에서 합성 된 protein 합성 정보가 있는 RNA를 mRNA(messenger RNA)이라고 한다.
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DNA의 집합체를 Genome (Gene + -ome)
RNA의 집합체를 Transcriptome (Transcription 산물 + -ome)
Protein의 집합체를 Proteome (Protein + -ome)

1) DNA -> RNA 로 합성하는 과정을 Transcription 전사 라고 한다.

- DNA에서 RNA로 합성하기 위해 RNA polymerase II (RNA 중합효소II)가 promoter (촉진자)에 결합하면서 합성이 된다. 이런 promoter 지역은 특유의 시퀀스가 존재한다.
Transcription이 시작되는 upstream(더 5'쪽)으로 TATA로 이루어진 시퀀스가 있는데 이를 TATA박스라 부른다. (타타박스)

promoter 지역인 TATA 박스에 RNA polymerase가 붙으면 RNA 합성이 진행되며 이때의 RNA를 mRNA라 예를 들어보겠다.
처음, RNA가 합성되면 바로 완전한 mRNA가 아닌 별도의 처리가 필요한데, 3가지 처리과정이 있다.
a) 5' capping
b) 3' poly A tailing
c) RNA splicong
이 3가지 과정을 모두 거쳐야 온전한 mRNA가 완성된다.

a) 5' capping : RNA의 합성이 끝나면, 5'쪽의 Guanine (구아닌 염기)가 추가되면서 모자를 만들어준다. 이 구아닌이 methylation(메틸화)로 되면서 안정성을 높여준다.

b) 3' poly A tailing : 3'쪽 말단부위에 Adenine (아데닌 염기) 여러개를 붙여서 안정성을 높여준다.

c) RNA splicing : DNA는 exon(단백질 정보있는)과 intron(단백질 정보없는)으로 구성되었는데 RNA로 합성되면서 exon과 intron 모든 지역을 합성하게 되는데, RNA splicing 과정 중 단백질 정보가 없는 intron지역을 제거하고 exon끼리만 모아 붙여주는 과정이다.


2) RNA -> Protein 로 합성하는 과정을 Translation 번역 이라고 한다.
핵에서 DNA->RNA로 transcription 과정이 끝난 mRNA가 핵에서 빠져나와 세포질로 이동하게 된다.
(단백질은 큰 분자이기 때문에 핵 밖에서 합성해야한다고 생각하면 외우기 쉽다!)

세포질로 이동한 mRNA는 3개의 염기를 해독하여 1개의 아미노산(amino acid)을 합성하게 된다.=triplet conon
RNA염기서열을 번역하여 단백질을 합성하기 위해 rRNA와 리보솜(ribosome)이 관여한다.
ribosome이 mRNA에 붙어 시퀀스를 복호하면 tRNA가 시퀀스에 알맞은 아미노산을 가져와 연결시킨다.
이런 과정으로 RNA에서 단백질의 기본구조인 peptide (펩타이드)가 합성된다.
펩타이드가 여러 변성과 구조화를 통해 생화학적 기능을 할 수 있는 단백질이 된다.

지금까지 유전자 발현에 대한 포스팅이었습니다. 수정할 부분이나 궁금하신 내용 있다면 댓글 남겨주세요~!
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