분자생물학의 중심 교의

Central dogma of molecular biology

분자생물학의 중심 교의는 생물학적 시스템 내에서 유전 정보의 흐름에 대한 설명입니다.흔히 DNA는 RNA를 만들고 RNA는 단백질을 [1]만든다라고 하지만 본래 의미는 아니다.1957년 [2][3]프란시스 크릭에 의해 처음 발표되었고 1958년에 [4][5]출판되었다.

중앙의 교의.이것은 "정보"가 한 번 단백질로 전달되면 다시 빠져나갈 수 없다고 말한다.보다 상세하게는 핵산에서 핵산으로, 또는 핵산에서 단백질로 정보를 전달하는 것은 가능하지만 단백질에서 단백질로, 또는 단백질에서 핵산으로 정보를 전달하는 것은 불가능하다.여기서 정보란 핵산의 염기 또는 단백질의 아미노산 잔류물의 배열의 정확한 결정을 의미한다.

그는 1970년에 출판된 네이처 논문에 그것을 다시 기술했다: "분자생물학의 중심 교의는 순차적 정보의 상세한 잔차-잔차 전달을 다룬다.그것은 그러한 정보가 단백질에서 단백질이나 핵산으로 다시 전달될 수 없다고 말한다."[6]

생물학적 시스템에서의 정보 흐름

중앙 교의의 두 번째 버전은 인기가 있지만 올바르지 않다.이것은 James Watson이 The Molecular Biology of the Gene 초판(1989)에 발표한 단순 DNA → RNA → 단백질 경로입니다.왓슨의 버전은 왓슨이 2단계(DNA [7]→ RNA 및 RNA → 단백질) 과정을 중심 교의로 묘사하기 때문에 크릭의 것과 다릅니다.크릭이 원래 언급했던 이 교리는 [6]오늘날에도 유효하지만 왓슨의 버전은 그렇지 않다.[2]

도그마는 정보를 전달하는 생체고분자 간의 배열 정보 전달을 이해하기 위한 프레임워크로, 가장 일반적이거나 일반적인 경우 생물에서 사용됩니다.그러한 생체 고분자에는 크게 DNA와 RNA(둘 다 핵산), 그리고 단백질의 3가지 종류가 있습니다.이들 사이에 발생할 수 있는 정보의 직접 전송은 3 × 3 = 9가 있다.이 교의는 3개의 그룹으로 분류합니다.3개의 일반적인 전송(대부분의 세포에서 정상적으로 발생하는 것으로 생각됨), 2개의 특별한 전송(일부 바이러스의 경우 또는 실험실에서만 발생하는 것으로 알려짐), 4개의 알려지지 않은 전송(절대 발생하지 않을 것으로 생각됨).일반적인 이동은 생물학적 정보의 정상적인 흐름을 묘사한다: DNA는 DNA로 복사될 수 있고, DNA 정보는 mRNA로 복사될 수 있으며, 단백질은 mRNA의 정보를 템플릿으로 사용하여 합성될 수 있다.특수 이동은 RNA에서 RNA를 복사(RNA 복제), RNA 템플릿을 사용하여 DNA를 합성(역전사)하는 것을 설명합니다.알려지지 않은 이동은 설명된다: mRNA를 사용하지 않고 DNA 템플릿에서 직접 합성되는 단백질, 단백질에서 복사되는 단백질, 템플릿으로 단백질의 1차 구조를 사용하는 RNA 합성, 단백질의 1차 구조를 템플릿으로 사용하는 DNA 합성 - 이것들은 자연적으로 [6]발생하는 것으로 생각되지 않는다.

생물학적 배열 정보

주요 기사 : 프라이머리 구조

DNA, RNA 및 (폴리)펩타이드로 구성된 생체 고분자는 선형 고분자(즉, 각 단량체는 최대 2개의 다른 단량체와 연결되어 있음)입니다.그들의 단량체의 배열은 효과적으로 정보를 부호화한다.중심 도그마에 의해 기술된 정보의 전송은 이상적으로는 충실하고 결정론적 전송이며, 여기서 한 생체고분자의 배열은 원래의 생체고분자의 배열에 전적으로 의존하는 배열과 함께 다른 생체고분자의 구성을 위한 템플릿으로 사용된다.DNA가 RNA로 전사될 때, DNA의 보체는 RNA와 짝을 이룹니다.DNA 코드 A, G, T, C는 각각 RNA 코드 U, C, A, G로 이행된다.단백질의 부호화는 코돈으로 알려진 3인 1조로 이루어진다.표준 코돈 표는 인간과 포유류에 적용되지만, 일부 다른 생명체(인간의[8] 미토콘드리아 포함)는 다른 [9]번역을 사용한다.

생물학적 순차적 정보의 일반적인 전송

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도그마가 제안하는 세 가지 정보 전달 등급의 표
일반 스페셜 알 수 없는
DNA → DNA RNA → DNA 단백질 → DNA
DNA → RNA RNA → RNA 단백질 → RNA
RNA → 단백질 DNA → 단백질 단백질 → 단백질

DNA 복제

주요 기사: DNA 리플리케이션 및 리플리케이션

DNA 복제는 체세포든 생식세포든 유전물질이 어떤 세포의 자손에게 제공된다면 반드시 일어나야 한다는 점에서 DNA에서 RNA로의 복사는 거의 틀림없이 중앙 교의의의 기본 단계이다.레피좀이라고 불리는 단백질의 복잡한 그룹은 부모 가닥에서 상보적인 딸 가닥으로의 정보 복제를 수행합니다.

리스피썸은 다음과 같이 구성됩니다.[10]

이 과정은 일반적으로 셀 사이클의 S 단계 중에 발생합니다.

문자 변환

Central Dogma of Molecular Biochemistry with Enzymes.jpg
주요 기사:문자 변환(유전자)

전사는 DNA의 한 부분에 포함된 정보가 새롭게 조립된 메신저 RNA(mRNA) 조각의 형태로 복제되는 과정이다.이 과정을 촉진하는 효소는 RNA 중합효소 및 전사인자를 포함한다.진핵세포에서 1차 전사물은 mRNA 전이다.번역을 진행하려면 mRNA 전 과정을 거쳐야 한다.가공에는 pre-mRNA 체인에 5' 캡과 poly-A tail을 추가한 후 스플라이싱을 하는 것이 포함됩니다.적절한 경우 대체 스플라이싱이 발생하며, 단일 mRNA가 생산할 수 있는 단백질의 다양성을 증가시킨다.전체 전사 과정의 산물(mRNA 전 사슬의 생산으로 시작된)은 성숙한 mRNA 사슬이다.

번역.

주요 기사:번역(유전자)

성숙한 mRNA는 리보솜에 도달하여 번역됩니다.핵 구획이 없는 원핵 세포에서, 전사와 번역의 과정은 명확한 분리 없이 함께 연결될 수 있다.진핵세포에서, 전사부위(세포핵)는 보통 번역부위(세포질)로부터 분리되어 있기 때문에, mRNA는 핵에서 세포질로 운반되어야 하며, 리보솜에 의해 결합될 수 있다.리보솜은 보통 AUG 또는 리보솜 결합 부위의 하류에 있는 이니시에이터 메티오닌 코돈으로 시작하는 mRNA 트리플렛 코돈을 읽습니다.개시인자와 신장인자의 복합체는 아미노아실화전달RNA(tRNA)를 리보솜-mRNA 복합체로 가져와 mRNA의 코돈과 tRNA의 항코돈을 일치시킨다.각 tRNA는 합성되는 폴리펩타이드 사슬에 첨가하는 적절한 아미노산 잔기를 포함한다.아미노산이 성장하는 펩타이드 사슬에 연결되면서 사슬은 올바른 형태로 접히기 시작합니다.변환은 UAA, UGA 또는 UAG 트리플렛인 stop codon으로 끝납니다.

mRNA에는 성숙한 단백질의 성질을 특정하기 위한 모든 정보가 포함되어 있지 않습니다.리보솜에서 방출되는 초기 폴리펩타이드 사슬은 일반적으로 최종 제품이 나오기 전에 추가 처리를 필요로 한다.우선, 올바른 접기 과정은 복잡하고 매우 중요합니다.대부분의 단백질은 제품의 형태를 조절하기 위해 다른 샤페론 단백질을 필요로 한다.그런 다음 일부 단백질은 펩타이드 사슬에서 내부 세그먼트를 제거하여 틈새에 인접한 자유단을 연결시킨다. 이러한 과정에서 내부 "폐기된" 부분을 인테인이라고 한다.다른 단백질들은 스플라이싱 없이 여러 부분으로 나뉘어야 한다.일부 폴리펩타이드 사슬은 가교되어야 하며, 다른 사슬은 기능하기 전에 헴(Heme)과 같은 보조 인자에 부착되어야 한다.

생물학적 순차적 정보의 특별 전송

역문자 변환

녹색으로 강조 표시된 비정상적인 정보 흐름
주요 기사:역문자 변환

역전사는 RNA에서 DNA로 정보를 전달하는 것입니다(일반 전사의 역).이는 HIV와 같은 레트로바이러스와 진핵생물의 경우, 레트로트랜스포존과 텔로미어 합성의 경우 발생하는 것으로 알려져 있다.그것은 RNA의 유전 정보가 새로운 DNA로 전사되는 과정이다.이 과정에 관여하는 효소군은 역전사효소라고 불린다.

RNA복제

주요 기사: RNA의존성 RNA중합효소

RNA 복제는 하나의 RNA를 다른 RNA로 복제하는 것이다.많은 바이러스가 이런 방식으로 복제됩니다.RNA 의존성 RNA 중합효소라고 불리는 RNA를 새로운 RNA로 복제하는 효소들은 또한 RNA 소음화에 [11]관여하는 많은 진핵생물에서 발견됩니다.

RNA 편집은 단백질의 복합체와 "가이드 RNA"에 의해 RNA 배열이 바뀌는 것으로도 볼 수 있다.

DNA에서 단백질로의 직접 변환

DNA에서 단백질로의 직접 번역은 리보솜을 포함하지만 온전한 세포는 아닌 대장균 추출물을 사용하여 무세포 시스템(즉, 시험관 내)에서 입증되었다.이러한 세포 조각은 다른 유기체(예: 마우스 또는 두꺼비)로부터 분리된 단일 가닥 DNA 템플릿에서 단백질을 합성할 수 있으며, 네오마이신은 이러한 효과를 강화하는 것으로 밝혀졌다.그러나 이 번역 메커니즘이 유전자 [12][13]코드와 구체적으로 일치하는지 여부는 불분명했다.

이론에서 명시적으로 다루지 않는 정보 전송

번역 후 수정

주요 기사:번역 후 수정

단백질 아미노산 배열이 핵산 사슬에서 번역된 후 적절한 효소에 의해 편집될 수 있다.비록 이것은 단백질 배열에 영향을 미치는 단백질의 한 형태이지만, 중심 교의에 의해 명시적으로 다루어지지 않지만, 두 분야의 관련 개념이 서로 많은 관련이 있는 명확한 예는 많지 않다.

인테인

주요 기사:인테인

인테인은 아미노산이 리보솜에서 나오면서 아미노산 사슬에서 스스로를 절제하고 주요 단백질 "등뼈"가 떨어지지 않는 방식으로 펩타이드 결합과 나머지 부분을 결합할 수 있는 단백질의 "기생충" 부분이다.이것은 원래 유전자의 DNA에 의해 암호화된 배열에서 단백질이 자신의 1차 배열을 바꾸는 경우이다.또한 대부분의 내장은 내뉴클레오티드 배열을 포함하지 않는 부모 유전자의 복사본을 찾을 수 있는 호밍 엔도핵산가수분해효소 또는 HEG 도메인을 포함한다.내장 프리 카피와 접촉하면, HEG 도메인은 DNA 이중사슬 절단 복구 메커니즘을 개시한다.이 과정은 내장 배열을 원래의 소스 유전자에서 내장 없는 유전자로 복사하게 한다.이것은 단백질이 DNA 염기서열을 직접 편집하고 염기서열의 유전성 증식을 증가시키는 예입니다.

메틸화

주요 기사: 후생유전학

DNA의 메틸화 상태의 변화는 유전자 발현 수준을 크게 변화시킬 수 있다.메틸화 변이는 보통 DNA 메틸화효소의 작용을 통해 발생한다.그 변화는 상속가능하면 후생유전적인 것으로 간주된다.정보상태의 변화가 유전되지 않을 경우, 그것은 체세포적 에피타이프일 것이다.유효 정보 내용은 DNA에 대한 단백질 또는 단백질의 작용에 의해 변경되었지만, 1차 DNA 배열은 변경되지 않았다.

프리온스

주요 기사: 프리온

프리온은 특정 아미노산 배열의 단백질이다.그들은 동일한 아미노산 서열을 가진 단백질의 다른 분자들의 배열을 변화시킴으로써 숙주 세포에서 번식하지만, 기능적으로 중요하거나 유기체에 해로운 다른 배열을 가지고 있습니다.단백질이 프리온 폴딩으로 변환되면 기능이 바뀝니다.차례로, 그것은 새로운 세포에 정보를 전달하고 그 배열의 더 기능적인 분자를 대체 프리온 형태로 재구성할 수 있다.곰팡이의 일부 프리온 유형에서 이러한 변화는 지속적이고 직접적입니다. 정보 흐름은 단백질 → 단백질입니다.

알랭 E와 같은 몇몇 과학자들. Bussard와 Eugene Koonin은 프리온 [14][15]매개 유전은 분자생물학의 중심 교의에 위배된다고 주장했다.하지만, 프리온의 분자 병리학(2001)의 로잘린드 리들리는 "프리온 가설은 단백질이 복제된다고 주장하지 않기 때문에, 단백질 생산에 필요한 정보가 핵산의 뉴클레오티드 배열로 암호화된다는 분자생물학의 중심 교의에 이단적이지 않다.오히려 단백질 분자 안에 생물학적 기능에 기여하는 정보의 원천이 있으며, 이 정보는 다른 [16]분자에게 전달될 수 있다고 주장합니다.

자연유전공학

제임스 A. 샤피로는 이러한 사례의 슈퍼셋은 자연 유전 공학으로 분류되어야 하며 중앙 교의를 왜곡하기에 충분하다고 주장한다.샤피로는 그의 견해에 대해 존경스러운 공청회를 받았지만, 그를 비판하는 사람들은 그가 중앙 교리를 읽은 것이 크릭이 [17][18]의도한 것과 일치한다는 것을 확신하지 못했다.

신조라는 용어의 사용

크릭은 자서전 What Mad Pursit에서 독단이라는 단어의 선택과 그로 인해 야기된 몇 가지 문제에 대해 썼다.

"저는 이 아이디어를 두 가지 이유로 중심 교의라고 불렀습니다.저는 이미 시퀀스 가설에서 명백한 단어 가설을 사용했고, 게다가 이 새로운 가정이 더 중심적이고 더 강력하다는 것을 제안하고 싶었습니다.알고 보니 독단이라는 단어의 사용은 가치보다 거의 더 많은 문제를 일으켰다.수년 후 자크 모노드는 나에게 도그마라는 단어의 올바른 사용을 이해하지 못하는 것 같다고 지적했는데, 그것은 의심할 여지가 없는 믿음이다.나는 이것을 어렴풋이 이해했지만, 모든 종교적 신념은 근거가 없다고 생각했기 때문에, 나는 이 단어를 대부분의 세계처럼 내가 생각하는 대로 사용했고, 단지 직접적인 실험적인 뒷받침이 거의 없다는 거창한 가설에 적용했을 뿐이다.

마찬가지로 Horace Freeland Judson은 창조의 8번째 날에 다음과 같이 [19]기록한다.

"제 생각은 교의는 합리적인 증거가 없는 생각이라는 것이었습니다.봤지?그리고 크릭은 기쁨의 고함을 질렀다."저는 도그마가 무슨 뜻인지 몰랐을 뿐이에요.'중심 가설'이라고 불러도 좋을 것 같습니다.그게 내가 말하려던 거야.도그마는 캐치프레이즈일 뿐입니다.

바이스만 장벽과의 비교

August Weismann의 생식질 이론에 따르면 유전물질인 생식질은 생식선에 국한된다.체세포는 생식질에서 각 세대로 새롭게 발달한다.그 세포들에게 무슨 일이 일어나든 다음 세대는 영향을 받지 않는다.

1892년 August Weismann에 의해 제안된 바이스만 장벽은 배우자를 생산하는 "불멸" 생식 세포 계통과 "폐기 가능한" 체세포를 구별한다.유전 정보는 생식세포에서 체세포로만 이동한다(즉, 체세포 돌연변이는 유전되지 않는다).DNA의 역할이나 구조가 발견되기 전에, 이것은 중심 교리를 예측하는 것이 아니라, 비록 비분자적인 [20][21]관점에서지만, 생명에 대한 유전자 중심의 관점을 예상한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

외부 링크

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