전사 — DNA를 이용한 RNA 합성

중심원리의 첫 단계, 전사(transcription)는 DNA 서열을 그대로 옮겨쓰는 게 아니라 상보적인 RNA 가닥을 새로 합성하는 과정입니다. DNA 복제와 닮은 점이 많지만(주형을 보고 상보적 가닥을 만든다는 원리는 똑같습니다), 몇 가지 결정적인 차이가 있어요.

복제와 뭐가 다를까

구분	DNA 복제	전사
담당 효소	DNA 중합효소	RNA 중합효소
주형	DNA 두 가닥 전체	유전자 한 개 구간의 한쪽 가닥만
산물	DNA(디옥시리보스, T)	RNA(리보스, T 대신 U)
프라이머	필요(프라이메이스가 합성)	불필요(RNA 중합효소가 바로 시작)
정확도	매우 높음(교정 기능 有)	상대적으로 낮음(어차피 수명 짧은 산물)

전사가 복제보다 오류에 조금 관대한 이유는 간단합니다. DNA는 세포가 평생, 심지어 다음 세대까지 갖고 가야 할 원본이라 한 치의 오차도 치명적일 수 있지만, RNA는 단백질을 만들고 나면 분해되는 소모품이거든요. 가끔 오류가 있는 RNA 하나가 만들어져도 다시 전사하면 그만입니다.

DNA 두 가닥 중 어느 쪽을 읽을까

이중나선의 두 가닥 중 RNA 중합효소가 실제로 주형으로 사용하는 가닥을 주형가닥(template strand)이라 하고, 사용되지 않는 반대쪽 가닥을 암호가닥(coding strand)이라 부릅니다. 재미있는 건 최종적으로 만들어지는 mRNA 서열이 주형가닥이 아니라 암호가닥과 사실상 같은 서열(T가 U로 바뀐 것만 빼면)이라는 점이에요 — RNA 중합효소가 주형가닥을 3′→5′ 방향으로 읽으면서 그와 상보적인 서열을 만들다 보니, 결과물이 원래 암호가닥과 같아지는 겁니다. 유전자마다 어느 가닥이 주형가닥인지는 다를 수 있습니다(염색체 위에서 이 방향은 유전자마다 다르게 정해져 있어요).

프로모터 결합에서 종결까지, 주형가닥과 암호가닥의 관계 — 송쌤생명과학 자체 제작

전사의 세 단계

개시 — RNA 중합효소는 아무 데서나 시작하지 않습니다. 유전자 앞쪽의 프로모터(promoter)라는 특정 서열을 인식해서 결합해야 하는데, 진핵생물의 대표적인 프로모터 요소가 TATA 상자입니다. 진핵생물에서는 RNA 중합효소 혼자 프로모터를 못 찾고, 여러 전사인자(transcription factor) 단백질이 먼저 프로모터에 결합해 복합체를 만든 뒤에야 RNA 중합효소가 합류합니다.

신장 — 이중나선이 국소적으로 풀리면서 RNA 중합효소가 주형가닥을 따라 이동하며 5′→3′ 방향으로 RNA를 이어 붙입니다. 지나간 자리는 다시 이중나선으로 닫힙니다.

종결 — 특정 종결 신호에 도달하면 RNA 중합효소가 DNA에서 떨어져 나오며 전사가 끝납니다. 세균은 종결 신호 부위에서 RNA 자체가 머리핀 모양 구조를 만들어 중합효소를 떨어뜨리는 방식이 흔하고(rho-비의존), 진핵생물은 조금 다른 방식으로(폴리아데닐화 신호 근처에서 절단) 종결이 일어납니다 — 이 부분은 개념 17.3에서 mRNA 가공과 함께 다시 다룹니다.

쌤 한마디 — 세균은 전사인자 없이도 RNA 중합효소가 프로모터를 꽤 잘 찾아가는데, 진핵생물은 왜 이렇게 번거롭게 여러 전사인자를 거칠까요? 답은 정교한 조절에 있습니다. 세균은 환경에 빠르게 반응해야 해서 유전자를 켜고 끄는 게 단순할수록 유리하지만, 진핵생물(특히 다세포생물)은 같은 유전체를 갖고도 세포마다 완전히 다른 유전자 조합을 발현시켜야 하거든요. 전사인자 조합이 복잡할수록 "이 세포에서는 이 유전자만 켠다"는 정교한 스위치를 만들 수 있습니다. Ch.18에서 본격적으로 다룰 주제예요.

이렇게 만들어진 RNA가 진핵생물에서는 곧바로 번역에 쓰이지 않고 먼저 손질을 거칩니다. 그 가공 과정을 개념 17.3에서 다룹니다. 유전암호의 기본 원리는 개념 17.1을 참고하세요.