유전자의 진화

RNA와 진화

 

DNA로부터 RNA로, 그리고 RNA로부터 단백질로 유전정보가 흐르는 일은 효소와 그 밖의 단백질과 핵산과의 복잡한 상호작용으로 이루어진다. 마찬가지로, DNA와 RNA의 복제는 중합효소 그리고 그 밖의 단백질들과 핵산 주형과의 상호작용으로 매개된다. 생명의 진화의 초기에 핵산 분자들은 어떻게 효소 없이 복제하였을까?

이 수수께끼에 대한 그럴싸한 해답은 1983년에 단백질들뿐 아니라 RNA 분자들도 효소가 될 수 있다는 발견으로부터 온다. Thomas Cech는 Tetrahymena(섬모충류)의 RNA의 선구물질이 자기 이어맞추기를 할 수 있다는 것을 발견한다. 이 선구물질 RNA 분자에 있는 인트론은 RNA 자신의 촉매작용으로 정확하게 제거된다. 이렇게 해서 떨어져 나온 인트론은 그 다음에 5′-말단의 짧은 연속부분을 잃고 395개의 뉴클레오티드를 가진 RNA 분자를 형성한다. 이 RNA 분자는 다른 RNA 분자들의 변환을 촉매한다. 인트론에서 유도된 이 RNA는 자신을 소모시킴 없이 특정한 자리에서 RNA 사슬들의 절단과 연결을 촉매한다. 그러므로, 이것은 진정한 효소이다. 이제는 한 세기 동안 알려져 온 단백질 촉매에 RNA 촉매[리보자임(ribozyme)]가 참가하였다.

Cech의 혁명적인 발견으로,우리는 생명의 진화의 초기에 DNA와 단백질이 나타나기 앞서서 RNA의 세계가 있었을 것이라고 상상할 수 있게 되었다. Walter Glibert는, RNA 분자들이 먼저 그들 자신의 복제를 촉매하였으며 , 차차 효소 활성의 범위를 넓혔을 것이라고 제안하였다. 다음 단계에서 RNA 분자들은 단백질들을 합성하기 시작하였다. 이 단백질들은 그들의 20가지의 곁사슬들이 RNA의 네 가지의 염기들보다 더 많은 융통성을 가지기 때문에 더 우수한 효소로 되었다. 마지막으로, RNA의 역전사로 DNA가 형성되었다. DNA의 이중나선은 단일 가닥으로 된 RNA보다 더 안정하고 확실한 유전정보의 저 장소이기 때문에 , RNA를 대신해서 DNA가 유전물질이 되었다. 이 시점으로부터 오늘에 이르기까지, RNA는 단백질 합성에서 정보 운반물질(mRNA)과 중개자(tRNA)의 역할, 그리고 리보솜의 중요한 성분들(rRNA)과 유전자 발현을 매개하는 그 밖의 조립체의 중요한 성분의 역할만을 가지고 살아남게 되었다. 오늘날 유전정보가 유전자로부터 단백질로 옮겨가는 복잡한 기구는, 먼 옛날에 쓴 서사시이며 , 그것은 아마 RNA가 단독으로 대본을 쓰고 연출하고. 모든 중요한 역들을 맡아 하였을 때 시작되었을 것이다

 

Lubert Stryer의 “생화학” 에서

조상환

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