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DNA와 단백질 HOME > 자료실 > DNA와 단백질
DNA의 놀라운 복잡성이 밝혀지다.
: '정크 DNA(쓰레기 DNA)'는 없었다.
(Astonishing DNA complexity uncovered)
Alex Williams

   2003년에 인간 게놈 프로젝트(Human Genome Project)가 인간의 게놈(genome, 유전체) 지도를 최초로 발표했을 때, 그들은 이미 앞서서 많은 것들을 알고 있었다. 그것들은 다음과 같은 내용들을 포함하고 있었다 :

▶ DNA에 암호화 되어있는 부분(coding segments, 단백질들을 만드는 암호를 가지고 있는 유전자들)은 세포의 전체 DNA 양에 비해서 매우 적은 부분이었다. 그 수가 전체 DNA의 3% 정도(25,000 개)밖에 안 된다는 것을 발견하고 과학자들은 매우 당황하였다.

▶ 비암호화 되어있는 부분(non-coding sections, 즉 남아있는 97%)은 그 기능들이 거의 모두 알려져 있지 않고 있다. 많은 사람들이 그것을 ‘정크 DNA' 라고 불렀다. 그들은 그것을 수백만에 걸쳐 우리 선조들이 진화하면서 버려져서 남겨지게 된 쓸모없는 쓰레기로 생각했었다. 분자 분류학자들은 일상적으로 이 ‘정크 DNA’를 수백만년 동안 자연선택에 의해서 방해받지 않았던(왜냐하면 그것들은 어떠한 일도 하지 않았기 때문에) 돌연변이들의 조용한 기록인, 하나의 ‘분자시계(molecular clock)’로 사용하면서, 그것으로부터 생명체의 모든 다른 종류들에 대한 진화 역사를 건설해왔었다.

▶ 유전자에는 기능적인 DNA 부분(exons, 엑손)들이 알려지지 않은 목적의 비기능적인 부분(인트론, introns)들 사이에 산재되어 있다는 것은 알려져 있었다. 유전자가 복사(RNA 안으로 전사)되어져서 단백질들로 번역되어질 때, 인트론들은 떨어져 나가고, 엑손들은 기능적 유전자를 만들기 위해서 연결되어진다. 

▶ 유전자의 복사(전사)는 특별히 START 위치가 표시된 곳에서 시작하였고, STOP 신호가 있는 곳에서 끝났다.

▶ 유전자 스위치들은(관여하는 분자들은 집합적으로 전사 요소들이라 불려진다) 그 유전자의 START 말단에 인접한 염색체(chromosome)에 위치해 있었다.

▶ 전사는 일 방향(one way)으로 진행되는데, START 말단에서부터 STOP 말단에서 끝난다.

▶ 유전자들은 비록 몇몇 부분들에서는 많이 분포하고 어떤 부분들에서는 적게 분포하지만, 다소 실에 꿰어져 있는 구슬(beads on a string)들처럼 염색체들 전체에 걸쳐서 산재되어져 있었다.

▶ DNA는 꼬여져 있는 지퍼(zipper)처럼 이중나선구조의 분자(double helix molecule)이다. DNA 지퍼의 각 가닥은 마치 점퍼에서의 지퍼처럼 다른 가닥과 보완적이다. 한쪽 면은 다른 가닥에 구멍에 들어맞는 혹(lump)을 가지고 있다. DNA 지퍼의 ‘전사가닥(sense strand)’이라고 불려지는 오직 한쪽 측면만이 정확한 단백질 염기서열을 만든다. 상보적인 가닥은 ‘반-전사가닥(anti-sense strand)’ 이라고 불려진다. 전사가닥은 마치 전기줄 연장코드와 유사한데, 이곳의 ‘여성’ 말단 부위는 전기 기구가 꼽혀질 때까지 열려있으면서도 안전한 상태이나, 튀어나온 ‘남성’ 말단 부위는 활발하고, 안전을 위하여 ‘여성’ 소켓에 꼽혀질 때만 오직 작동되어진다. 따라서 단백질 생산은 반-전사가닥이 아니라, 대게 이들 전사가닥을 복사함으로서 이루어진다. 반-전사가닥은 음화된 필름이 사진을 만드는데 사용되는 방식으로 전사가닥을 복사하기 위한 주형을 제공한다. 이 규칙에는 약간의 예외가 알려져 있다(즉, 어떤 경우에서 반-전사가닥이 단백질을 만드는 데에 사용되어졌다). 그러나 아무도 전체 반-전사가닥이 전사되어질 것으로는 기대하지 않는다.


인류의 기원에 관한 진화론적 개념들 때문에, 우리의 DNA는 대부분 동물 조상들로부터 남겨진 쓰레기(정크)인 것으로 추정되어졌었다. 이것은 과학의 진보를 막고 있었던 또 하나의 진화론적 방해물이었던 것으로 판명되었다.

이 모든 구조들은 이제 점점 더 많이 이해되고 있다. 최근 실시된 ENCODE 라고 불리는 한 프로젝트는 인간 게놈의 1%에 있어서 일어나는 전사(DNA로부터 만들어지는 RNA의 복사)에 대한 의미심장한 연구를 보고했다.[1, 2] 그들의 발견은 다음과 같은 추론들을 포함하고 있었다 :

▶ 게놈의 대략 93 % 정도가 (3 %가 아니라) 전사되고 있었다. 더 광범위한 방법들에 의한 심도 깊은 연구가 실시된다면, 그 숫자는 100 %로 올라갈 수도 있다. 왜냐하면 전사에 많은 에너지와 조절 등이 요구되고 있기 때문이다. 이것은 아마도 전체 게놈이 세포에 의해서 사용되고 있음을 의미하는 것이다. 그러므로 ‘정크 DNA(junk DNA, 쓰레기 DNA)’ 같은 것은 없음을 의미한다.

▶ 엑손들은 특화된 유전자가 아니라, 많은 다른 RNA 사본들에 결합될 수 있는 모듈들이다. 하나의 엑손(즉 한 유전자의 한 부분)은 14개의 다른 염색체들에 위치하는 33개의 다른 유전자들과 결합하여 사용되어질 수 있었다. 이것은 한 엑손이 많은 다른 단백질들에서 공통적으로 공유하는 한 부분을 특화시킬 수 있음을 의미한다.

▶ 유전자들은 ‘실에 꿰어져 있는 구슬’들의 선형 배열이 아니라, 오히려 중복되는 구획들이 끼워져 있는(interleaved), 특히 5, 7, 9, 또는 한 유전자로부터 온 더 많은 전사들이 있는 구조이다.
 
▶ DNA의 단지 한 가닥이 아니라, 두 가닥(전사가닥과 반-전사가닥)이 완전히 전사되어진다.

▶ 전사는 단지 일 방향이 아니라, 앞으로도 뒤로도 진행된다.

▶ 전사 요소들은 그들이 조절하는 유전자로부터 수만 또는 수십만 염기쌍이 떨어져 있어도, 심지어 다른 염색체에 있어도 될 수 있다.  

▶ 각 특별한 유전자 영역에는 단지 하나의 START 부위가 있는 것이 아니라, 여러 부위가 있다.

▶ 각 영역에는 단지 하나의 전사 시발(스위치) 시스템이 있는 것이 아니라, 다수가 있다.

저자는 다음과 같이 결론내리고 있다 :

”끼워져 있는 게놈의 조직 구성은 세포에 대한 중요한 기계론적 도전을 불러일으키고 있다. 하나는 같은 DNA 분자들이 여러 기능들을 위하여 사용되어지고 있다는 것이다. 기능적으로 중요한 염기배열의 중복 사용은 이 조직이 적절히 작동되기 위한 시간과 공간을 해결해주고 있음에 틀림없다. 또 하나의 도전은 신속한 세포사멸(apoptosis)을 일으킬 수 있는 RNA-RNA 상호반응들을 차단하고, 긴 이중 나선 영역들이 형성될 수 있도록, 어쩌면 RNA를 구획으로 나눈다거나, RNA들을 덮어씌우는 것이 필요하다는 것이다.”

이것은 그렇게 작은 공간에서, 그렇게 경이로운 일들을 수행하면서도, 그렇게 많은 RNA들이 안전할 수 있는 것과 관련되어 있다. RNA는 근처 표면에 달라붙거나 자신들끼리 엉켜서 붙어버리는 끈적끈적한 긴 테이프와 같은 것이 아니라, 하나의 긴 실과 같은 분자이다. 적절히 조절되지 않는다면, 그것은 들러붙어 엉망진창의 덩어리로 못쓰게 될 것이다.

이 결과들은 너무도 놀랍고, 너무도 충격적이다. 그리고 세포에서 실제로 일어나고 있는 일들을 알아내기 위해서는, 아직도 엄청난 량의 연구들이 수행되어야 할 것이라는 것이다. 진화론적 역사(계통발생)를 써왔던 분자 분류학자들은 그동안 추구해왔던 '정크 DNA‘에 기초한 진화역사의 복원을 내려놓고, DNA에 들어있는 모든 의미들이 밝혀질 때까지 기다려야 할 것이다. 그리고 인간과 침팬지가 공통조상을 가진다는 근거 중 하나는 기능을 하지 않는 DNA 부분을 공유하고 있다는 주장이었다. 그러나 이제 그러한 주장은 쓰레기통에 들어가게 되었다.  
   


Related articles
‘Vestigial’ Organs Questions and Answers
For a follow-up to this article, see More astonishing DNA complexity

References
1. Birney, E., et. al., Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project, Nature 447: 799–816, 2007.
2. Philipp Kapranov, P., Willingham, A.T. and Gingeras, T.R., Genome-wide transcription and the implications for genomic organization, Nature Reviews Genetics 8: 413–423, 2007.

 

*참조 1 : Astonishing DNA complexity demolishes neo-Darwinism
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_3/j21_3_111-117.pdf

More marvellous machinery: ‘DNA scrunching’
http://creationontheweb.com/content/view/6033/

Genetic code optimisation: Part 1
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_2/j21_2_90-100.pdf

Genetic code optimisation: Part 2
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_3/j21_3_84-92.pdf

Inheritance of biological information—part I: the nature of inheritance and of information
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j19_2/j19_2_29-35.pdf

Inheritance of biological information—part II: redefining the ‘information challenge’
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j19_2/j19_2_36-41.pdf

Can recombination produce new genetic information?
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j19_1/j19_1_61-64.pdf

 

*참조 2 : Molecular Visualisations of DNA  (DNA가 포장 및 복제되는 과정 동영상)
http://www.wehi.edu.au/education/wehitv/molecular_visualisations_of_dna/

 

*참조 3 : 쓸모없는 줄 알았던 ‘정크 DNA’ 사실은 질병 다스린다 (2012. 9. 7. 동아일보)
http://news.donga.com/Society/3/03/20120907/49186786/1

‘쓰레기 DNA’ 질병과 직접 연관 (2012. 9. 6. 경향신문)
http://news.khan.co.kr/kh_news/khan_art_view.html?artid=201209062139425&code=930401

쓰레기 취급 ‘정크 DNA’ 알고보니 질병 관장 (2012. 9. 7. 문화일보)
http://www.munhwa.com/news/view.html?no=2012090601030132071002

출처 : Creation on the web, 2007. 6. 20.
URL : http://www.creationontheweb.com/content/view/5158
번역자 : IT 사역위원회

관련 자료 링크:

1. 놀라운 DNA의 복잡성, 업데이트 (Astonishing DNA complexity update)
2. DNA 암호는 또 다른 암호들에 의해서 해독된다. (DNA Translation Has Codes Upon Codes)
3. 동물들은 우연히 쓰레기로부터 생겨났는가? (Animals from Junk by Chance)
4. DNA 수선 기작의 놀라운 조화 (DNA Repair Is Highly Coordinated)
5. 인트론의 기능에 대한 새로운 이론 : 돌연변이 흡수제 (New Theory for Introns : Mutation Sponges)
6. 새로 밝혀지고 있는 정크 DNA의 용도 (Revealing Purpose in Junk DNA)
7. 정크 DNA에서 더 많은 중요한 역할들이 발견되었다. (More 'Candy Found' in Junk DNA)
8. 외계 우주인이 정크 DNA에 메시지를 저장? (Off the planet! Shifting the problem into outer space)
9. ‘정크 DNA’ 개념의 사망 (The Death of the Concepts of 'Junk DNA')
10. 작동 중인 분자기계 리보솜을 보라. (Watch a Ribosome in Action)
11. 유전자 온-오프 스위치 (The Genetic On-Off Switch)
12. 유전학 : 진화론의 숙적 (Genetics : Enemy of Evolution)
13. 세균의 편모 : 고도로 복잡한 초미세 구조가 우연히? (Evolution of the Flagellum : And the Climbing of ‘Mt. Improbable’)
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23. 아무것도 아닌 것들 : 미세세계에서 보여지는 놀라운 창조의 증거들 (The things that are not)
24. 회전하는 엔진 : 진화에 대한 도전 초소형 추진체인 세균들의 편모가 우연히? (Rotary Engines : A Challenge to evolution)
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26. Yeast DNA에서 언어 구조의 존재
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28. 컴퓨터가 보여주는 진화론의 정보 문제 (Creation’s amazing computer)
29. 비암호화된 DNA는 상상했던 것보다 훨씬 더 복잡했다 (Non-Coding DNA Has Far More Complexity Than Was Imagined)
30. 경탄스런 극소형의 설계 : DNA에 집적되어 있는 정보의 양 (Dazzling design in miniature)
31. DNA 복구 효소에서 발견된 극도의 정밀성 (Utmost Precision Found in DNA Repair Enzyme)
32. 가장 작은 세포도 예상했던 것보다 훨씬 복잡하다. : 마이코플라즈마는 387 개의 단백질이 필수적이었다. (Minimal Cell More Complex Than Expected)
33. ICR 에서의 지노믹스 (Genomics at ICR)
34. 컴퓨터상의 인공생명체는 설계자를 증거한다 (Artificial Life Yet Again)
35. 생체 분자 모터 시스템의 환원 불가능한 복잡성 연구 (Irreducible Complexity of Biomolecular Motor Systems)
36. 질서 또는 무질서? (Order or Chaos?)
37. 사람의 업적 대 놀라운 ‘생체 컴퓨터’ 기술 (Man’s achievements vs amazing ‘living computer’ technology)
38. 인간 유전체 : 창조론자의 견해 (The Human Genome : A Creationist Overview)
39. 사람과 원숭이의 유전자 차이는 이전 보고의 4배 (6%) 였다. (Human-Ape Gap Quadruples)
40. 인류는 3 조상 가족으로부터 유래했음을 유전자 연구는 가리킨다. (Genetic Study Points to Three Ancestral Families of Humans)
41. 침팬지에서 인간으로 유전자들은 예상보다 훨씬 빠르게 진화되었다? (Chimp-Human Genes Evolved Much Faster Than Expected)
42. 진화 : 사실인가 허구인가? : 사람과 침팬지의 유전체 차이점 (Evolution: fact or fiction?)
43. 사람과 침팬지의 DNA 유사성이 98% 이상인가? 그렇지 않다 (Greater than 98% Chimp/human DNA similarity? Not any more)
44. 유전학의 중심 학설이 사망하다. (Genetics Central Dogma Is Dead)
45. 일부 정크 DNA는 신경세포 통로를 만드는 중요한 안내자였다. (Some Junk DNA Is Important Guide For Nerve-cell Channel Production)
46. 또 하나의 진화론적 상징물이 무너졌다. 진화론자들도 인간과 침팬지 DNA의 99%가 유사하다는 생각을 단념하다 (Another evolutionary ‘truth’ now conceded to be myth : Evolutionists abandon the idea of 99% DNA similarity between humans and chimps)
47. 자연이 생물학적 암호를 지시하였는가? (Did Nature Dictate Biological Codes?)
48. 면역계는 암호, 언어, 그리고 기억장치를 가지고 있다. (Immune System Has a Code, Language and Memory)
49. DNA : 생명체의 언어 (DNA : The Language of Life)
50. 유전암호가 자연적 과정들에 의해 저절로 생겨날 수 있다는 과학적 증거에 대해 1백만 달러의 상금이 제안되었다. (Who wants to be a millionaire? : $ 1 million prize offered for scientific proof of ‘natural-process’)
51. 진화론의 허구성이 밝혀지는 것이 재미있는 일인가? : 포유류에 극도로 보존되어있는 동일한 DNA 부분들 (It’s Fun Seeing Evolution Falsified)
52. 모방하는 분자들은 창조주를 증거한다. (Mimicking Molecules Manifest a Maker)
53. 다기능 유전자는 탁월한 프로그래밍을 가리킨다. (Multifunctional Genes Indicate Ingenious Programming)
54. 유전체의 정크는 세포의 항공 교통 관제관이었다. (Genomic Junk Is Cell’s Air-Traffic Control)
55. 정크 DNA 패러다임에 도전한 한 젊은 과학자. (How One Bright Young Scientist Challenged the Junk-DNA Paradigm)
56. 정크 DNA는 정말로 쓸모없을까? : 유사유전자를 통하여 본 정크(junk) DNA의 놀라운 기능들 (Is junk DNA useless? : The marvelous functions of pseudogenes)
57. 책으로 700억 권에 해당하는 막대한 량의 정보가 1g의 DNA에 저장될 수 있다. (Scientists Store 70 Billion Books on DNA)
58. ‘엔코드’ 연구로 밝혀진 유전체의 초고도 복잡성. : ‘정크 DNA’ 개념의 완전한 몰락 (ENCODE Reveals Incredible Genome Complexity and Function)
59. DNA에서 제2의 암호가 발견되었다! 더욱 복잡한 DNA의 이중 언어 구조는 진화론을 폐기시킨다. (Two Genetic Codes Is Better Than One)
60. 듀온 : DNA의 이중 암호는 진화론을 거부한다. (Duons: Parallel Gene Code Defies Evolution)
61. 유전자의 이중 암호는 고도의 지적설계를 가리킨다. (Dual-Gene Code Discovery Highlights Designed Biocomplexity)
62. 유전자의 이중 암호는 진화론을 완전히 거부한다. : 중복 코돈의 3번째 염기는 단백질의 접힘과 관련되어 있었다. (Dual-Gene Codes Defy Evolution...Again)
63. 섬모충의 유전체는 극도로 복잡했다. 2 : 유전체의 스크램블링과 암호화는 진화론을 거부한다. (Genome Scrambling and Encryption Befuddles Evolution)
64. 꿀벌의 고아유전자는 진화론을 쏘고 있었다. : 진화적 조상 없이 갑자기 등장하는 독특한 유전자들. (Honey Bee Orphan Genes Sting Evolution)
65. 후성유전체 연구는 세포에서 교향악단을 발견했다. (Epigenome Project Finds Symphony in Cells)
66. RNA 편집 : 새로운 차원의 초고도 생물복잡성 (RNA Editing: Biocomplexity Hits a New High)
67. ‘수평 유전자 전달’이라는 또 하나의 진화론적 신화 (Another Horizontal Gene Transfer Fairy Tale)
68. 사람 유전체는 4차원의 세계로 되어 있다. (Human Nucleome Reveals Amazing 4D World)
69. 2015년 노벨 화학상으로 부각된 세포의 DNA 손상 복구 메커니즘은 진화론을 거부한다. (2015 Nobel Prize Highlights Cell Repair Mystery)
70. 사람과 침팬지의 유전자 차이는 더욱 커졌다. : 각 생물에만 있는 고아유전자들은 진화론을 거부한다. (Genetic Gap Widens Between Humans and Chimps)
71. 후성유전학적 암호는 이전의 생각보다 훨씬 더 복잡했다. (Epigenetic Code More Complicated Than Previously Thought)
72. 유전체 내 바이러스성 정크의 기능이 발견되다. (Viral Genome Junk Hits the Trash)
73. 정크 DNA가 기능이 있음이 또 다시 확인되었다. : 모티프라 불리는 DNA의 직렬반복과 유전자 발현 (Junk DNA…Trashed Again)
74. 3차원적 구조의 DNA 암호가 발견되다! : 다중 DNA 암호 체계는 진화론을 기각시킨다. (Three-Dimensional DNA Code Defies Evolution)
75. 내부 텔로미어로 보이는 염기서열은 풍부하고 기능적이다. (Internal Telomere-like Sequences Are Abundant and Functional)
76. 4차원으로 작동되고 있는 사람 유전체 : 유전체의 슈퍼-초고도 복잡성은 자연주의적 설명을 거부한다. (The four dimensional human genome defies naturalistic explanations)
77. 유전자 코돈에서 중복/퇴화라는 개념의 몰락 (Codon Degeneracy Discredited Again)
78. 생명정보의 비밀
79. 위-위유전자는 진화론 패러다임을 뒤흔들고 있다. (Pseudo-Pseudogenes Shake Up Evolutionary Paradigm)
80. 엔코드 프로젝트에 뒤이은 4D 뉴클레옴 프로젝트는 DNA의 슈퍼-초고도 복잡성을 밝혀낼 것이다. (The 4D Nucleome Project Helps Creationist Research)
 
 
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