해독 : 유전정보의 해석

해독 : 유전정보의 해석

 

mRNA를 해독하는 과정은 리보솜에서 일어난다. 해독과정은 다음에 설명하는 세 단계로 나눌 수 있다.

 

1. 개시(initiation)

리보솜의 작은 소단위는 mRNA 분자의 5' 말단 쪽에 위치하는 결합부위에 결합한 다음 첫번째 AUG 코돈(개시코돈)을 만날 때까지 3' 방향으로 진행한다. 개시코돈에 이르면 리보솜의 큰 소단위와 특수한 개시 tRNA(initiator tRNA)가 결합한다. 개시 tRNA는 리보솜의 P 자리(Psite)에 결합한다. 개시 tRNA가 전달하는 아미노산은 메티오닌이며 세균에서 개시 tRNA에 의하여 전달되는 메티오닌은 화학적으로 변형된 포밀메티오닌(fMet)이다.

 

2. 연장(elongation) 

mRNA의 개시코돈 다음에 오는 코돈과 결합할 수 있는 tRNA 분자는 P 자리 뒤에 위치하는 A 자리에 있는 결합한다. 앞의 P 자리에 메티오닌은 새로운 tRNA 분자에 부착되어 있는 아미노산과 펩티드 결합을 한다. 펩티드 결합이 이루어지면 개시 tRNA는 P 자리를 떠나고 리보솜은 3' 방향으로 하나의 코돈 길이 (3염기)만큼 이동한다. 이로써 2개의 아미노산으로 연결된 dipetide가 부착된 tRNA는 P 자리에 위치하게 된다. A 자리에는 새로이 A 자리에 위치한 코돈에 상보적인 안티코돈을 지닌 tRNA가 결합한다. 이러한 과정이 반복됨으로써 mRNA로 전사된 유전정보가 폴리펩티드의 아미노산 서열로 해독되는 것이다. 개시코돈에 메티오닌을 지정하는 tRNA는 mRNA 중간의 AUG 코돈에 메티오닌을 가져다 주는 RNA와 동일하다. 개시코돈에 결합하는 tRNA는 리보솜의 A 자리에만 결합할 수 있고 보통의 AUG 코돈에 결합하는 tRNA는 리보솜의 P 자리에만 결합할 수 있어 이러한 구별이 가능하게 된다.

 

3. 종결(termination) 

폴리펩티드의 해독과정은 mRNA의 종결신호에 도달할 때까지 진행된다. 해독의 종결을 알려주는 종결 E 코돈에는 UAA, UAG, UGA 의 세 종류가 있는데 이들 코돈에는 상응하는 tRNA가 존재하지 않는다. 반면 이들 종결코돈에는 합성중인 폴리펩티드를 리보솜에서 분리시키는 단백질이 결합한다. 종결코돈에 이들 단백질이 결합되면, 리보솜은 다시 2개의 소단위로 분리되고, 다음 단백질 합성이 시작되는 위치에 다시 결합한다.

하나의 리보솜이 완전한 폴리펩티드를 합성하는데, 이때 보통 여러 개의 리보솜이 동시에 한 분자의 mRNA에 결합하여 한꺼번에 여러 분자의 단백질을 합성한다. 하나의 mRNA에 여러 개의 리보솜이 결합하여 각각 단백질 합성을 진행하고 있는 형태를 폴리솜(polysome)이라 한다.

 

지금까지 DNA 분자에 특정한 염기서열의 형태로 수록된 유전정보가 세포내에서 단백질의 아미노산 서열로 전달되는 과정을 살펴보았다. 이때 DNA는 유전정보를 수록하고 있는 “원본”(master copy)이라 할 수 있고 mRNA는 DNA 유전정보의 복사본(working copy)이라 할 수 있겠다. DNA는 이중나선으로 존재하며 각 유전자는 두 가닥의 뉴클레오티드 배열로 되어 있다. 유전자가 전사될 때 RNA 중합효소가 주형으로 사용하는 가닥은 RNA 중합효소가 이동하면서 3'→5′으로 읽어가는 가닥이다.

 

그러나 우리가 염기서열을 읽을 때는 반대 가닥의 서열을 읽는 것이 쉽다. 왜냐하면 그 반대 가닥의 염기서열이 T가 U로 치환되는 것을 제외하고는 전사되는 mRNA서열과 같기 때문이다. 그래서 mRNA와 같은 서열을 지니는 DNA 가닥을 센스가닥(sense strand)이라고 부르고 또 다른 가닥이며, 실제로 RNA 합성의 주형이 되는 가닥을 안티센스 가닥(antisense strand)이라고 한다.