단백질 합성(Protein Synthesis) feat. 전사, 번역
안녕하세요. 텔로머라제의 모든 것을 알려드리는 텔로머라제 홍보대사입니다.
텔로미어란?
염색체 끝 부분에 붙어있는 반복 염기서열로,
염색체의 손상을 막아주는 역할을 함
텔로머라제란?
텔로미어가 손상되면 복구, 생성해주는 효소
노화를 방지하는 효소
이전 포스트에서 DNA 복제과정과 DNA vs RNA 에 대해 자세히 알아보았습니다. 이번 포스트에서는 유전정보를 갖고 있는 DNA가 실제 우리 형질을 어떻게 만드는지 그 과정에 대해 자세히 알아보겠습니다.
● 단백질의 역할
우리가 갖는 형질 중에 눈의 색을 예로 들어보겠습니다. 눈의 색은 눈 안에 있는 색소에 의해 결정됩니다. 우리의 DNA에는 눈 색을 결정하는 유전정보가 들어있고, 이 유전정보를 기반으로 색소 '단백질'을 만드는 것이죠.
이 단백질로 인해 우리의 형질이 형성되는 것입니다. 단백질은 우리 몸에서 매우 중요한 역할들을 하는데요. 물질 운반, 구조 형성, 효소 작용 뿐 아니라, 체내 보호 등 다양한 역할들을 수행합니다.
이처럼 단백질은 우리가 살아가는데 필수적이기 때문에, 계속해서 만들어져야 합니다. 정말 놀라운 점은, 실제로 지금 이 순간에도 우리 몸 속에서는 단백질들이 끊임없이 만들어지고 있다는 것 입니다.
단백질은 세포에서 만들어지는데요. 지금부터 세포에서 어떤 과정들을 거쳐 단백질을 만드는지 자세히 알아보겠습니다.
● 단백질 합성 과정 - ① 전사(Transcription)
우리의 세포에는 핵이 있고, 핵 안에는 DNA가 있습니다. DNA에는 '텔로미어'와 같이 유전정보를 갖지 않는 비암호화 DNA(non-coding DNA)도 있고, 유전정보는 갖고 있지만 활성화되지 않은 DNA도 있습니다.
하지만 단백질을 합성하는 DNA는 유전정보를 담고 있으면서 활성화되어 있는 DNA이므로, 여기에서는 이 DNA만 다루겠습니다.
단백질 합성에는 RNA의 역할이 매우 큽니다. 이전 포스트에서 설명드린 것 처럼 RNA에는 3종류가 있는데요. 각각의 RNA가 단백질 합성과정에서 어떤 역할들을 하는지 과정들을 살펴보며 알아봅시다.
단백질 합성은 크게 두 단계로 이뤄집니다. 첫 번째 단계는 전사(Transcription)라는 단계이고, 두 번째 단계는 번역(Translation)이라는 단계입니다. 전사는 DNA를 재료로 쓰는 단계입니다. DNA는 세포 핵 내부에 있기 때문에, 전사는 세포 핵 안에서 일어납니다.
전사 과정에서는 RNA 중합효소라고 불리는 효소가 DNA와 상보적인 결합을 합니다. 이 RNA 중합효소에 의해 DNA와 상보적인 결합을 하는 RNA가 생성되는데요. 이 RNA를 mRNA라고 합니다. Messenger RNA의 약자로, DNA의 유전정보를 전달한다는 의미를 갖고 있습니다.
mRNA가 곧바로 단백질을 만드는 것은 아닙니다. 진핵생물에서는 mRNA가 핵에서 세포질로 빠져나와 '리보솜(Ribosome)'에 부착합니다. 참고로 원핵생물 같은 경우는 핵이 존재하지 않기 때문에, 전사와 번역 모두 세포질에서 일어납니다.
리보솜은 단백질을 만드는 공장이라고 생각하시면 쉬운데요. 리보솜은 rRNA(ribosomal RNA)로 구성되며, 이곳에서 번역이라고 불리는 다음 단계가 진행됩니다.
● 단백질 합성 과정 - ② 번역(Translation)
번역과정에는 리보솜의 rRNA와 세포질에 있는 tRNA가 관여합니다. tRNA는 transfer RNA로 운반 RNA를 뜻하며, 세포질에서 리보솜으로 아미노산을 옮깁니다.
아미노산은 단백질의 기본 단위로, 아미노산이 모여 단백질이 되는 것 인데요. 각각의 tRNA는 1개의 아미노산을 운반합니다.
그렇다면 단백질 합성에 필요한 아미노산 종류를 어떻게 구분해서 가져올 수 있는 걸까요? 여기에는 앞에 설명드린 mRNA가 관여합니다. DNA에서 필요한 단백질 정보를 전달받은 mRNA에 상보적인 염기결합을 하는 tRNA가 붙어, 필요한 아미노산을 가져오는 것이죠.
tRNA는 3개의 염기를 한번에 가져와 번역을 진행하는데요. tRNA와 상보적인 결합을 하는 mRNA 염기 3개를 코돈(Codon) 이라고 하며, 이 코돈과 상보적인 염기결합을 하는 tRNA 염기 3개를 안티 코돈(Anti-codon) 이라고 합니다.
위 그림에서 AUG 염기를 갖는 부분이 mRNA부분이고, 이와 상보적인 UAC염기를 갖는 부분이 tRNA 부분인데요.
AUG염기는 메티오닌(Methionine) 아미노산을 갖는 tRNA를 불러오며, 번역을 시작하는 개시코돈입니다. 번역은 무조건 AUG코돈부터 시작하는 것이죠. 그래서 일반적으로 메티오닌이 단백질의 첫 번째 아미노산이 됩니다.
위 그림과 같이, mRNA에 있는 염기 3개, 즉 코돈은 종류마다 불러오는 tRNA 아미노산 종류가 다양합니다. 위의 표는 tRNA에 부착된 아미노산 종류를 불러오는 mRNA '코돈표' 입니다.
위 표에 있는 염기를 tRNA에 붙은 염기인 안티코돈으로 혼돈하시는 분들이 많은데요. 다시 말씀드리지만 mRNA에 있는 코돈을 나타낸 표 입니다.
표를 보면 아시겠지만, 서로 다른 코돈이더라도 불러오는 아미노산 종류가 같을 수 있습니다. 예를 들면 CUU, CUC, CUA, CUG 코돈은 모두 류신(Leucine) 아미노산을 불러오는 것을 볼 수 있습니다.
mRNA 코돈과 상보적인 염기를 갖는 tRNA가 아미노산을 가져와 결합을 하면, 다음 코돈에 대응하는 tRNA가 또 와서 아미노산을 가져오는데요. 그러면 이전에 생성한 아미노산은 새로 들어온 아미노산과 펩타이드 결합(Peptide Bond)을 하며 아미노산 연결고리를 형성합니다. 이것들이 계속 진행되면서 단백질이 합성되는 것이죠.
그리고 AUG가 개시코돈 인 것 처럼, UGA, UAA, UAG 코돈은 번역을 종결하는 종결코돈입니다. UGA, UAA, UAG 코돈은 불러오는 아미노산은 없고, 단지 번역을 종결하기만 하는데요. 고등학생 시절에 '우가 우아아 우아그' 로 암기했던 기억이 나네요. 이 코돈을 만나게 되면 단백질 합성이 끝나게 되는 겁니다.
● 마무리
이번 포스트에서는 단백질 합성과정에 대해 자세히 알아보았는데요. 생명과학에서 매우 중요한 전사, 번역 과정을 다뤘으니 여러번 보며 숙지하시는 것을 추천드립니다.
저희 블로그에서 주로 다루는 텔로머라제(Telomerase) 역시 전사과정을 거치는데요. 여기서 중요한 것은, 텔로머라제는 일반적인 전사과정이 아닌 역전사과정(Reverse transcription)을 거친다는 것 입니다.
일반적인 전사과정은 DNA -> RNA를 만드는데, 역전사과정은 RNA-> DNA를 만드는 것이죠.
일반적인 세포들은 세포분열을 하면서 염색체 말단부분인 텔로미어(Telomere)가 짧아집니다. 즉, 염색체 길이가 짧아지는 것이죠. 계속해서 분열하며 짧아지다가, 더 이상 분열하지 못할 정도로 짧아지면 세포분열이 멈추고 노화가 진행되는데요.
이 텔로미어가 짧아지는 것을 방지하는 효소가 텔로머라제 입니다. 즉, 노화를 방지해주는 효소가 텔로머라제인 것이죠. 그래서 요즘 텔로머라제 효소가 건강 증진 키워드가 되고 있는 것 입니다.
텔로머라제 작용 기전에 대해 더 궁금하신 점이 있으시면 밑에 링크 걸어둘테니 한 번 보시는 것을 추천드립니다. 이번 포스트에서 배운 전사과정에 대해 더 심층적으로 이해하실 수 있을 거에요.
글 마지막 부분에 전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.
※동영상 출처
채널명: Amoeba Sisters
동영상제목: Protein Synthesis (Updated)
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