3-4. 단백질 합성 - ② 번역과정(Translation) Feat. mRNA, rRNA, tRNA, 리보솜
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 포스트에서는 DNA -> RNA 과정인 '전사' 에 대해 알려드렸는데요. 여기에 이어서 이번 포스트에서는 RNA -> 단백질 과정인 '번역' 에 대해 설명드리겠습니다.
'번역' 은 mRNA의 유전 정보에 따라 리보솜에서 단백질을 합성하는 과정을 말합니다. 엄밀히 말하면 단백질이 아닌 '폴리펩타이드' 합성 과정인데요. 아미노산들로 이뤄진 사슬을 의미하는 폴리펩타이드가 생성된 후 가공되어 단백질이 되는 것이죠. 여기서는 편의를 위해 폴리펩타이드 보다는 단백질이라는 명칭으로 설명드리겠습니다.
번역 과정에서는 mRNA, rRNA, tRNA, 리보솜 등이 관여하는데요. 번역 과정 설명에 앞서 이들 각각에 대해 먼저 설명드리겠습니다.
● 폴리펩타이드 합성기구 : mRNA, rRNA, tRNA, 리보솜
우선 mRNA는 DNA 유전 정보를 리보솜에 전달하는 전달자 RNA(messenger RNA)입니다. 이전의 '전사 과정' 포스트에서 설명드려 익숙하실 겁니다. mRNA 염기 서열 3개는 코돈이라고 하는데요.
코돈표에서 아미노산을 찾을 때 이 mRNA 염기서열을 이용한다는 것을 헷갈리지 않으셔야 합니다.
코돈표 : mRNA 염기 서열 3개를 이용 (tRNA, rRNA 염기 서열 X)
'rRNA'는 '리보솜'을 구성하는 RNA 입니다. 리보솜은 위 그림의 왼쪽처럼 눈사람모양을 하고 있는데요. 이를 더 자세하게 보면 오른쪽 그림이 됩니다. 리보솜은 인지질 막이 없는 구조, 비막성 구조를 갖습니다. 실이 엉켜있는 것처럼 보이는데, 이 실이 rRNA이고, 큰 덩어리는 단백질입니다.
rRNA : 리보솜을 구성하는 RNA
리보솜 : 비막성, rRNA + 단백질로 구성
tRNA는 '아미노산'을 'mRNA-리보솜 복합체' 에 전달하는 Transfer RNA입니다. DNA는 이중 나선 구조이고 RNA는 단일 나선 구조를 갖는다고 이전에 설명드렸는데요. tRNA 역시 RNA이므로 단일 나선 구조를 갖습니다.
여기서 중요한 점은 tRNA의 3` 말단에 아미노산이 붙는다는 점입니다. tRNA는 이 아미노산을 리보솜과 mRNA가 결합한 mRNA-리보솜 복합체에 전달하는 것이죠.
아미노산 : tRNA 3번 말단에 부착
리보솜은 소단위체와 대단위체로 구성됩니다. 이 대단위체에는 E, P, A라고 불리는 위치가 존재합니다.
E는 Exit 자리, tRNA가 리보솜에서 빠져나가는 장소
P는 Peptidyl 자리, A 자리에서 들어온 아미노산들이 폴리펩타이드로 결합하는 장소
A는 Aminoacyl 자리, 아미노산이 들어오는 장소
각각의 명칭이 왜 저런 의미를 갖는지는 뒤에 설명할 '번역' 과정을 보시면 이해되실 것 같은데요. 각 자리들의 의미를 이해하시고 구별하시면 됩니다.
리보솜은 핵 속의 인에서 생성됩니다. 인에서 리보솜의 소단위체와 대단위체가 따로 만들어진 다음에 세포질로 나와 mRNA와 함께 결합하는 것이죠. 이것이 바로 'mRNA-리보솜 복합체' 입니다.
또 중요한 것이 리보솜의 이동 방향인데요. 리보솜은 5` -> 3` 으로 이동합니다. 이전에 설명드린 DNA 복제, mRNA 전사 방향 역시 5` -> 3` 인 것과 함께 기억하시면 됩니다.
DNA 복제, RNA 전사, 리보솜 이동 방향 : 5` -> 3`
● DNA, mRNA, tRNA 의 염기서열 관계
우선 DNA 이중 나선 중 한 가닥이 주형가닥이 되어 mRNA를 전사합니다. mRNA의 염기서열이 5` UGC 3` 인 것으로 보아, DNA의 3` AGC 5` 이 주형가닥으로 작용한다는 것을 알 수 있습니다.
이 주형가닥을 '트리플렛 코드', mRNA의 염기 3개를 '코돈' 이라고 이전 블로그에서 설명드렸는데요. 위 사진의 코돈표를 보시면 5 `UGC 3` 코돈이 '시스테인' 아미노산을 암호화한다는 것을 알 수 있습니다.
이 mRNA에 시스테인 아미노산을 가져오는 tRNA가 상보적 결합을 하는 것이죠. 위 그림을 보시면 tRNA의 3` 말단에 시스테인이 결합한 것을 확인할 수 있습니다. 또한, mRNA에 상보적 결합을 하는 tRNA 염기서열(안티코돈)은 5` GCA 3` 인 것도 알 수 있습니다.
DNA 이중 가닥 중 어떤 것을 주형가닥으로 하는지, 그 가닥과 상보적 결합을 하는 mRNA 염기 서열인 코돈, 그리고 코돈표에 나온 아미노산을 가져오는 tRNA의 염기서열(안티코돈)까지 매우 복잡할 수 있는데요. 위 설명을 여러 번 읽으시면서 이해하시길 바랍니다.
트리플렛 코드 : 주형가닥 DNA 염기 3개
코돈 : 주형가닥에서 전사된 mRNA 염기 3개
안티코돈 : 코돈과 상보적인 결합을 하는 tRNA 염기 3개
● RNA -> 폴리펩타이드, '번역' 과정
- 개시
리보솜의 소단위체에 mRNA가 부착합니다. mRNA-리보솜 복합체가 형성되는 것이죠. 그리고 대단위체가 오기 전에 mRNA의 '개시코돈'인 AUG에 해당하는 아미노산이 오게 됩니다. tRNA가 운반해서 오는 것 인데요. 이 때의 아미노산은 AUG 코돈에 에 해당하는 '메싸이오닌' 입니다.
앞에서 언급한 '개시코돈'과 뒤에서 언급할 '종결코돈' 이 무엇인지 모르시는 분들은 이전 블로그 포스트에서 설명한 것이 있으니 한 번 보고 오시는 것을 추천드립니다.
메싸이오닌 아미노산을 가져온 tRNA의 안티코돈은 5` CAU 3` 입니다. 이 tRNA는 개시코돈과 상보적이므로 '개시 tRNA' 라고 합니다. 개시 tRNA가 mRNA의 개시코돈과 결합하고 나면, 리보솜 대단위체가 와서 결합합니다.
1. 개시코돈 : AUG (메싸이오닌에 해당)
2. 개시 tRNA가 메싸이오닌을 운반하며 리보솜 P자리에 부착
3. 리보솜 대단위체 부착
2. 신장
개시 이후에는 A 자리에 낱개의 아미노산을 운반하는 tRNA가 오게 됩니다. 여기서는 5' CCG 3` 코돈에 대응하는 아미노산인 프롤린이 메싸이오닌 다음으로 오게 되는 것이죠. 각 코돈에 대응하는 아미노산은 암기하실 필요 없고, 코돈표에서 찾으면 됩니다.
프롤린을 운반하는 tRNA가 A 자리에 오게 되면, 메싸이오닌과 프롤린은 펩타이드 결합을 하게 됩니다. 여기서 주의할 점이 수소결합이 아니라는 점입니다. DNA 2 중가닥은 상보적 수소결합을 하는데요. 이것과 헷갈리지 않으시길 바랍니다.
아미노산 끼리 펩타이드 결합을 하면, 리보솜은 5` -> 3` 으로 코돈 1개, 즉 염기 3개 만큼 이동합니다. 그러면 E자리에 메싸이오닌을 운반한 tRNA가 오게 되는데요. 메싸이오닌을 운반한 tRNA는 메싸이오닌은 남겨두고 떠나게 됩니다. 그래서 E자리가 Exit 자리인 것입니다.
그리고 마찬가지로 이후 코돈에 대응하는 아미노산을 운반하는 tRNA가 A자리에 오게 되는 것이죠. 위 그림에서는 5` UAC 3`, 5`GAU 3`가 mRNA 코돈이고, 이에 따라 타이로신과 아스파트산 아미노산이 오게 된 것입니다.
이 아미노산들은 P 자리에서 펩타이드 결합을 하며 폴리펩타이드를 형성합니다. 그래서 P가 Peptidyl 자리라는 것입니다. A는 낱개의 아미노산들이 들어와서 생긴 명칭이고요.
1. 낱개의 아미노산을 운반하는 tRNA는 A자리로 들어오고, 들어온 아미노산은 이전에 들어온 아미노산과 '펩타이드 결합'을 한다(수소결합 X)
2. 리보솜은 5` -> 3` 방향으로 코돈 1개(염기 3개) 만큼 이동하고, 이전에 들어온 tRAN는 운반한 아미노산은 놔두고 E자리에서 방출된다.
3. A 자리로 아미노산 유입, P 자리에서 펩타이드 결합하며 폴리펩타이드 형성, E 자리에서 tRNA 방출
3. 종결
신장을 계속 진행하다가 리보솜이 종결코돈을 만나면 폴리펩타이드 합성은 끝이 나게 됩니다. 종결코돈에는 UGA, UAA, UAG 3 종류가 있는데요. 위 그림에서는 종결코돈으로 UAG가 작용한 것을 볼 수 있습니다.
여기서 중요한 점. 종결코돈에 해당하는 tRNA와 아미노산은 존재하지 않는다는 점 입니다. 그 대신 '방출인자' 라는 것이 있는데요. 방출인자는 A자리에 결합해 이전에 합성한 폴리펩타이드를 방출시키고 리보솜과 분리됩니다. 이렇게 폴리펩타이드 합성은 마치게 됩니다.
- 리보솜이 종결코돈인 UGA, UAA, UAG 중 1 가지와 결합
- 방출인자가 A 자리에 유입
- 방출인자는 이전에 합성한 폴리펩타이드를 방출하고 리보솜과 분리
** 종결코돈에 대응하는 tRNA와 아미노산은 존재하지 않는다.
위 그림과 같이 폴리펩타이드는 형성됩니다. 여기서 방향이 중요한데요. 리보솜에서 가장 멀리 떨어진 아미노산이 가장 처음에 합성된 아미노산 입니다. 5`에 가까울수록 먼저 합성된 것이죠.
즉, E 자리가 5`말단과 가까운 부분입니다. '오이' 로 암기하시면 됩니다. 반대로 아미노산이 들어가는 A 자리는 3`말단과 가까운데요. 아미노 '산' 과 3번을 이어서 '산삼'으로 암기하시면 됩니다.
● 마무리
이번 포스트에서는 RNA -> 폴리펩타이드 과정인 '번역' 과정을 설명드렸습니다. 번역 과정에 참여하는 mRNA, rRNA, tRNA, 리보솜의 특성과 번역 과정에 대해 잘 이해하셨으면 이번 포스트 이해는 다 된 것입니다. 많이 복잡한 내용이니 여러 번 읽으시면서 숙지하시길 바랍니다.
이 블로그에서는 텔로미어(Telomere)와 텔로머라제(Telomerase)에 대해 중점적으로 다루고 있습니다. 텔로미어는 염색체 양 끝에 위치한 DNA구조인데요. 세포가 분열할 때마다 염색체 양 끝단인 텔로미어 길이가 짧아집니다. 텔로미어가 더 이상 분열할 수 없을 정도로 짧아지면 분열을 멈춥니다. 세포의 노화가 시작되는 것이죠.
텔로머라제는 이를 방지해 세포 노화를 억제하는 역할을 합니다. 최근 논문들에서는 텔로머라제가 텔로미어 길이 연장 뿐 아니라 다양한 면역 반응에도 관여한다고 하는데요.
텔로머라제에 대한 자세한 내용은 '관련 논문 카테고리'에 올릴 예정이니, 한 번 보시길 바랍니다.
글 마지막 부분에 전체 영상 보실 수 있게 링크 걸어두었으니 더 관심있으시면 한번 보시는 것을 추천드립니다.
※동영상 출처
채널명: 계숙 샘
동영상제목: [통합과학][생명과학2] 단백질 합성 번역( translation )과정
