진핵세포와 원핵세포 유전자 중에서 공통으로 나타나는 DNA의 기능에 대해 궁금합니다.
원핵세포와 진핵세포의 유전자 중 약 1000개 정도의 DNA를 공유한다고 알고 있는데 이 공유 유전자들이 어떤 종류의 기능을 가지고 있을지 궁금해져서 질문 올려봅니다. 구글링을 해도 안나오네요. 답변해주신다면 정말 감사할 것 같습니다.
진핵세포와 원핵세포가 공유하는 유전자들은 대부분 세포의 기본적인 기능을 담당하는 것으로 알려져 있습니다. 이들 유전자는 주로 DNA 복제, 전사, 번역, 에너지 대사, 단백질 합성 및 접힘, 세포 분열 등 세포의 생존과 증식에 필수적인 과정들을 조절합니다. 예를 들어, DNA 중합효소, RNA 중합효소, 리보솜 단백질 등을 암호화하는 유전자들은 원핵세포와 진핵세포에서 공통적으로 발견됩니다. 또한, ATP 합성과 같은 에너지 대사에 관여하는 효소들을 만드는 유전자들도 공유되고 있습니다. 이러한 공유 유전자들은 진화적으로 매우 오래된 것으로 추정되며, 생명체의 기본적인 생명 활동에 필수적인 역할을 담당하기 때문에 진핵세포와 원핵세포에서 공통적으로 보존되어 왔다고 볼 수 있습니다.
원핵세포와 진핵세포가 공유하는 약 1000개의 유전자들은 주로 생명 유지에 필수적인 기본적인 기능을 수행하는데 관여합니다. 이 유전자들은 모든 생명체의 생존, 성장, 번식에 중요한 역할을 하며, 진화의 초기 단계에서 형성된 것으로 생각됩니다. 예를 들어, 이 유전자들은 탄수화물, 지방, 단백질의 대사 과정, DNA의 복제 및 수리, RNA 및 단백질의 합성, 에너지 생성, 세포 분열 및 사이클 조절과 같은 핵심적인 생화학적 경로에 관여합니다. 이러한 공통 유전자들은 모든 세포 유형에서 발견되며, 세포의 에너지 공급과 기능 유지에 필수적인 역할을 합니다. 이는 원핵세포와 진핵세포의 공통 조상에서 유래한 것으로 추정되며, 생명체의 기본적인 생물학적 기능을 지원하는 보편적인 생명의 특성을 나타냅니다.
진화론적 관점에서 모든 생물은 공통조상에서 시작하여 갈래가 갈라졌기 때문에,
우리의 생각보다 높은 비율의 유사한 염기서열을 가집니다.
어떤 생물이던 결국 같은 유전체에서 시작하여 돌연변이를 거쳐 변화하였기 때문입니다.
이 때문에 공통적으로 나타나는 서열은 생물의 기본적인 기능과 연관이 있을 수 있습니다. 예를들면 진핵세포와 원핵세포는 핵의 유무등 굉장히 많은 차이가 있지만, 세포막과 세포질을 가진다는 점은 비슷합니다. 혹은 DNA로 전사를 시작 할 때 필요한 프로모터에 TATA 염기서열이 존재한다는 점도 비슷한 점입니다.
하지만 서열이 같다고 해서 해당 기능이 항상 같다고 볼 수는 없습니다.
염기서열에 대한 많은 오해는 모든 염기서열에 기능이 있고, 서열이 같으면 동일한 기능을 할 것 이라는 생각입니다.
기본적인 원리는 같지만, 원핵생물과 진핵생물은 번역 방식에 차이가 있고 진핵생물의 경우 더 복잡한 DNA번역 매커니즘을 가집니다.
원핵생물은 DNA의 번역을 진행할 때 정해진 방향성이 없습니다.
그러니까 정방향으로 읽어도 역방향으로 읽어도 어떤 의미를 가질 수 있습니다.
하지만 진핵생물은 DNA를 번역하는 방향이 정해져 있고 역방향으로 번역하지 않습니다.
진핵생물의 경우 기능이 없는 염기서열이 훨씬 많습니다.
유전자와 유전자 사이에는 굉장히 많은 비번역부위가 존재합니다.
비번역부위는 이전에는 기능을 하였지만 번역을 위한 여러 조건들이 변이가 되면서 기능을 잃은 부분입니다.
혹은 단백질로 번역은 되지 않지만 특정 서열의 번역을 유도하는 프로모터로 기능하기도 합니다.
이런 서열은 조상이 어떤 유전자를 가졌는지 유추할 수 있는 증거가 되고 유전자 유사성을 조사해 계통도를 그리는데 활용됩니다.
DNA가 발현되려면 먼저 mRNA로 전사되고 이후 mRNA를 단백질로 번역합니다.
이는 중심원리라고 하며 DNA에서 단백질이 만들어지는 방법입니다.
진핵세포는 이 과정에 RNA스플라이싱이 일어납니다.
DNA에서 RNA를 전사할 때 필요한 부분 불필요한 부분 관계없이 모두 전사합니다.
이후 RNA에서 불필요한 부분을 제거하고 필요한 부분만 연결해서 단백질 번역에 사용합니다.
이는 진핵세포에서 일어나는 특이한 현상입니다.
DNA에서 mRNA로 전사되는 부분 중 역할이 없는 서열부분을 인트론, 실제로 단백질 번역에 사용되는 부분을 엑손이라고 합니다.
사람의 유전자를 구성하는 DNA염기 서열은 30억 쌍이지만 3% 이하의 서열만 특정한 형질을 암호화 하고 있다고 합니다.
이 때문에 원핵세포와 진핵세포의 유사한 서열은 동일한 기능을 하지 않을 수 있습니다.
만약 둘 다 같은 기능을 한다면 세포에서 공통적으로 일어나는 특징일 가능성이 있습니다.
질문이 어렵습니다. 구글링에도 안나오실정도니....
제 추측대로 해석해보겟습니다. ㅎㅎ
우선 DNA를 공유한다는 것보다는 유사성이 있다 정도가 좋지 않을까 싶습니다.
실제로 두 세포간에 DNA의 구조와 길이가 매우 다릅니다.
기본적으로 DNA의 길이가 상대적으로 긴 진핵세포는 원핵세포보다도 많은 기능을 하는 부분들을 가지고
있기도 하면서, 반대로 쓸데 없는 부분을 가지고 있기도 합니다.
생리적인 부분에 있어서는 공통적인 DNS를 가지고 있을 것이라고 생각이 드는 부분입니다만,
이러한 연구를 하는것이 바로 유전체를 연구하는 사람들이 하는 일입니다.
DNA 내부의 발현되는 DNA 를 찾아내어 그 기능을 규명하는 것이지요.
1000가지의 공통점이 확인 되었다면 1000가지의 DNA 기능이 확인되지 않았을까요?
이는 많은 과학자들의 노력의 산물은 논문에서 찾을수 있을것이라고 생각이 듭니다.
정말 필요하시다면 하나하나 찾아봐야할지도 모르겠습니다.
진핵세포와 원핵세포가 명확하게 어떤 유전자를 공유하고 있는지에 대해서는 밝혀진 바 없습니다. 하지만 진핵세포와 원핵세포가 가진 공통점을 생각해보면 어떤 유전자를 공통으로 갖고 있을 지 유추해볼 수 있습니다. 우선 원핵세포는 막성 세포소기관은 갖고 있지 않지만 유일하게 비막성세포소기관인 '리보솜'을 갖고 있습니다. 따라서 이 리보솜을 구성하는 rRNA를 암호화하는 유전자, 리보솜을 구성하는 단백질을 암호화하는 유전자를 공통으로 갖고 있을 것입니다. 또한 둘 다 생존을 위해서는 자신의 유전물질인 DNA를 복제해야 하므로 DNA 중합효소를 암호화하는 유전자에 대해서도 일정부분 공유하고 있을 것입니다.